Устройство для измерения скорости и направления потока жидкости или газа Советский патент 1992 года по МПК G01P5/02 

Изобретение относится к измерительной технике и мржет быть использовано для измерения скоростей трехмерных потоков жидкостей или газов.

Известно устройство для измерения скорости и направления потока жидкости или газа, содержащее приемный элемент и коллектор с соплами для определения отклонения приемного элемента под действием потока.

Недостатком данного устройства является невысокая точность в связи с тем, что боковые сопла коллектора расположены под углом к продольной оси датчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения скорости и направления потока жидкости или газа, которое содержит крышку, корпус, расположенный в нем коллектор с каналами, мембрану, соединенную со стержнем и шаровым зондом. Коллектор с каналами и жесткий центр мембраны выполнены в виде сопряженных полуэллипсоидов вращения и образуют пневматические датчики типа сопло-заслонка.

Однако из-за технологических трудностей обеспечения строгой эллйпсоидальности поверхности коллектора и жесткого центра, а также из-за необходимости соблюдения одинаковости зазора между ними в выходные пневматические сигналы заведомо вносится неконтролируемая погрешность. Одинаковую толщину зазора трудно поддерживать еще из-за большой податливости (малой упругости) мембраны, что может служить причиной недостаточно высокой точности,измерений. Кроме того, недостатком известного устройства является большая погрешность измерения пневматических сигналов из-за взаимного влияния струй воздуха в соседних соплах, а также взаимного влияния величин давления в сигналах измерительной системы. Например, при возрастании сигнала Pi и уменьшении Р2 (измеряется скорость среды, протекающей справа налево) может измениться сигнал РЗ, ложно свидетельствуя о наличии вертикальной составляющей скорости. Такой недостаток компенсируется, но не устраняется большим объемом градуировочных измерений, что в результате затрудняет расшифровку опытных данных. Погрешность возрастает еще из-за взаимного влияния сигналов горизонтальных сопел. К недостаткам относится также неустойчивость выходных сигналов из-за большой податливости (малой упругости) мембраны, являющейся единственным упругим элементом конструкции. Например, под действием давления воздуха из сопел

жесткий центр может преодолеть упругость мембраны и опуститься ниже допустимой величины прогиба, что вызовет практическую неработоспособность устройства или

создаст автоколебательную неконтролируемую систему с заведомо неадекватными выходными пневматическими сигналами. Таким образом, не обеспечивается надежность работы устройства и заведомо ограничивается диапазон измерений (за счет конечной упругости мембраны).

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений устройства.

5 Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем крышку, корпус и расположенные в нем датчики типа соплозаслонка, а также закрепленную в корпусе мембрану, через которую пропущен стержень, связанный одним концом с шаровым зондом и другим концом с жестким центром в виде заслонки, заслонка датчика выполнена в виде плоского круглого диска, расположенного горизонтально, а снизу и сверху

5 перпендикулярно ее плоской поверхности попарно смонтированы сопла,параллельные между собой и расположенные на одинаковых расстояниях от оси, причем верхние сопла размещены в плоскости, перпендикулярной той плоскости, в которой установлены нижние сопла, а обе указанные плоскости проходят через ось корпуса, при этом заслонка датчика центром своей верхней плоскости соединена с упругим компенсирующим элементом, например пружиной, верхний конец которого соосно закреплен внутри корпуса на крышке с возможностью регулирования натяжения, а на обеих поверхностях плоской заслонки напротив срезов сопел выполнены дефлекторные выемки в виде сферических сегментов.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 - пневматические датчики типа сопло-заслонка, изо5 метрий.

Устройство состоит из плоской крышки

1 (фиг.1), герметичного корпуса 2, в нижней

части которого расположена герметичная

. мембрана 3, через центр которой пропущен

0 вертикальный стержень 4. На верхнем конце стержня 4 в горизонтальной плоскости, т.е. перпендикулярно ему, закреплена заслонка 5 в виде плоского круглого диска, а на нижнем .конце смонтирован шаровой

5 зонд 6. Через крышку 1 пропущены пневмопроводы 7-11 с соплами. Пневмопроводы 7 и 8 пневматически связаны через зазор с верхней плоскостью заслонки 5, а два других пневмопровода 9 и с нижней ее плоскостью. Пневмопровод 11 связывает

полость корпуса 2 с источником давления сжатого воздуха. Верхняя плоскость заслонки 5 соединена с упругим элементом 12., .например пружиной, верхний конец которого закреплен соосно на крышке 1 и натяжение которого регулируется с помощью винта 13.

Сопла пневмопроводов 7 и 8 расположены вертикально в плоскости А (фиг.2), проходящей через продольную ось устройства, и на равных расстояниях от оси, а срезы сопел отстоят от верхней плоскостизаслонки на величину зазора, принятого в устройствах типа сопло-заслонка, который составляет 1-3 мм в зависимости от диапазона измеряемых скоростей.

Сопла пневмопроводов 9 и 10 также расположены вертикально, но в такой вертикальной плоскости Б, которая перпендикулярна плоскости А и пересекает ось устройства, и пневматически связаны с нижней плоскостью заслонки 5.

Мембрана 3 закреплена на нижней части корпуса 2 с помощью кольца 14.

На верхней и нижней плоскостях заслонки 5 напротив срезов сопел пневмопроводов 7-10 выполнены сферические сегментные выемки 15-18, позволяющие формировать входящую в сопло струю воздуха, исключающие нежелательное взаимодействие струй на входе в сопло пневмопровода (пульсации давления) и снижающие погрешность регистрации входных пневматических сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Через пневмопровод 11 в полость корпуса 2 подается сжатый под заданным давлением воздух. Через приемные сопла пневмопроводов 7-10 воздух попадает в соответствующие измерительные пневмопроводы и далее подается к системе измерения пневмосигналов, состоящей, например, из тензометрических микроманометров и микропроцессора на основе вертикальной ЭВМ Электроника МС 0585, обрабатывающего сигналы и точно определяющего величину скорости и направления потока.

При отсутствии скорости потока и, следовательно, воз; ействия на шаровой зонд б

сигналы PI Р4 постоянны и равны по

величине. Это обеспечивается настройкой усилия пружины 12 с помощью винта 13. Далее при нал1/1чии воздействия на зонд 6 стержень 4 поворачивается, преодолевая натяжение пружины 12 и обусловливая перемещение заслонки 5, в результате чего, например, сопло пневмопровода 8 прикрывается (среда движется слева направо), а сопло пневмопровода 7 приоткрывается.

При воздействии среды в плоскости Б (фиг.2) сигналы соответственно изменяются в соплах пневмопроводов 9 и 10, причем пневмосигналы в соплах пневмопроводов 7

и 8 могут оставаться неизменными.

Измерение вертикального направления скорости, HanpviMep снизу вверх, сопровождается уменьшением зазора сопел П1 евмопроводов 7 и 8 и увеличением зазора

0 около сопел пневмопроводов 9 и 10. При течении сверху вниз происходит обратное сопла пневмопроводов 9 и 10 прикрываются, а сопла пневмопроводов 7 и 8 приоткрываются.

5 При снятии воздействия среды на зонд 6, благодаря пружине 12, заслонка 5 и стержень 4 возвращаются в исходное положение.

С помощью регулирования натяжениг

0 пружины 12 устройство можно настраивать на различные диапазоны измерения скоростей. Например, при ее ослаблении чувствительность устройства возрастает, что позволяет измерять малые скорости. При

5 натяжении ее и одновременном уменьшении податливости устройство обеспечивает измерения более высоких скоростей.

Кроме того,пружина 12 стабилизирует, осевое положение заслонки, не позволяя ей

0 самопроизвольно колебаться при измерении скорости среды и создавать таким of iaзом ложные измерительные сигналы.

Применение изобретения позволяет повысить точность измерения скорости потока

5 за счет исключения взаимного влияния пневматических сигналов и увеличить таким образом достоверность получаемой информации, а также повысить надежность работы устройства, исключая влияния случайных

0 механических воздействий на работоспособность системы измерения, и расширить диапазон измерений путем изменения чувствительности.

Отсутствие- в устройстве электронных,

5 электрических и тензорезисторных элементов позволяет применять его в пожаровзрывоопасных средах, а также в условиях влияния сильных электромагнитных полей. Формула изобретения

01. Устройство для измерения скорости и

направления пот.ока жидкости или газа, содержащее крышку, корпус и расположенные в нем датчики типа сопло-заслонка, а также закрепленную в корпусе мембрану,

5 через которую пропущен стержень с жестким центром в виде заслонки, отличающееся тем, что, с целью повышения точно сти и расширения рабочего диапазона изме рений, оно дополнительно содержиупругий компенсирующий элемент, а за

слонка датчиков выполнена в иде плоского диска, расположенного горизонтально, при этом снизу и сверху перпендикулярно поверхности диска попарно установлены сопла датчиков, параллельные между собой и расположенные на одинаковых расстояниях от оси корпуса, причем верхние сопла расположёны в осевой плоскости, перпендикулярной осевой плоскости расположения нижних сопел, центр заслонки датчиков

сверху подсоединен к нижнему концу упругого компенсирующего элемента, верхний конец которого соосно закреплен внутри корпуса на крышке, а на обеих плоских поверхностях заслонки напротив срезов сопел выполнены дефлекторные выемки.

2. Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что упругий компенсирующий элемент выполнен с возможностью регулирования натяжения.

Изобретение относится к измерительной тех-нике и может быть использрвано для измерения скоростей трехмерных потоков жидкостей или газов. Целью изобретенияffi' "-Mflю00 00 00