Шариковый расходомер Советский патент 1992 года по МПК G01F1/06 G01F1/66 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению расхода жидкостей и газов.

Известны шариковые расходомеры жидких сред с ультразвуковым съемом (УЗ) сигнала, в которых для повышения достоверности регистрации частоты вращения шара помимо излучателя и приемника, расположенных на одной стенке камеры, применены два отражателя УЗ сигнала, установленные на противоположной стенке камеры, что позволяет уменьшить скважность формируемых УЗ импульсов при регистрации вращения шара и тем самым избавиться от недостатка, присущего устройству, имеющему излучатель и приемник на разных торцах камеры друг против друга.

Наиболее близким к предлагаемому является шариковый расходомер, содержащий корпус, с тороидальным каналом, внутри которого размещен ферромагнитный шарик, преобразователь частоты вращения шарика, расположенный вне корпуса и тороидальным каналом и представляющий из себя катушку индуктивности с магнитным сердечником и измерительный блок. При пересечении силовых линий магнитного сердечника шариком в катушке индуктивности возникает ЭДС индукции, при этом амплитуда сигнала зависит от расстояния между шариком и КатушТой, от скорости вращения шарика, величины намагниченности сердечника. Для значения вращения шарика по заранее определенной градуировочной характеристике определяют расход вещества.

Недостатком данного устройства является постепенный в процессе эксплуатации износ дорожки качения и шарика и отсутствие корректировки показаний шарикового расходомера.

Цель изобретения - увеличение достоверности результатов измерений шарикового расходомера путем введения корректировки в его показания на износ дорожки качения и шарика.

Поставленная цель изобретения достигается за счет введения в устройс ео, содер(Л

с,

я

о а ю

жащее корпус с тороидальным каналом, в котором размещен шарик из ферромагнитного материала, преобразователь частоты вращения шарика, размещенный вне корпуса с тороидальным каналом, и измерительный блок с первым выходом, программируемого таймера, блока памяти, частотомера, блока сравнения амплитуд сигналов, блока корректировки показаний, а также выполнения преобразователя частоты вращения шарика в виде упругой мембраны из магнитного материала, закрепленной на кольцевом постоянном магните и соединенной с зеркалом двухлу- чевого интерферометра, и установленной перпендикулярно плоскости вращения шарика С помощью преобразователя частоты вращения шарика Производится регистрация шарика в тороидальном канале за счет измерения двухлучевым интерферометром деформации упругой мембраны, которая является элементом магнитной цепи, в состав которой также входят кольцевой постоянный магнит и ферромагнитный шарик. В блоке сравнения амплитуд сигналов выделяется разница в последовательностях значений текущих и записанных заранее в блок памяти положений вне шарика на всей траектории его движения, которая возникает из-за износа дорожки качения и шарика, и в блоке корректировки показаний, в котором эта разница преобразуется в частоту, вводится поправка в показания шарикового расходомера, определяемые частотомером Для идентификации положений шарика в тороидальном канале в текущей и ранее записанной в блок памяти последовательностях для случая, при котором сравниваются последовательности, регистрируемые для различных частот вращения шарика, с помощью программируемого таймера изменяется время регистрации сигнала на величину, пропорциональную отношению частот сигналов, соответствующих этим последовательностям, и которое определяется в блоке сравнения частот сигналов.

На фиг.1 представлена принципиальная схема данного устройства; на фиг.2 - алгоритм корректировки частоты вращения ферромагнитного шарика в тороидальном канале с учетом износа дорожки качения и шарика.

Шариковый расходомер состоит из источника когерентного оптического излучения (лазер) 1, светоделителя 2. двухлучевого интерферометра, в с,вою очередь состоящего из опорного зеркала 3 и измерительного зеркала 4, жестко закрепленного на упругой мембране S, выполненной из магнитного материала и закрепленной на кольцевом

постоянном магните б, ферромагнитного шарика 7, вращающегося в тороидальном канале 8, регистратора интерференционных полос 9, выполненного в виде двух фотоприемников, настроенных на интерференционную картину двухлучевого интерферометра со смещением на четверть длины волны излучателя оптического излучения, реверсив- ного счетчика интерференционных полос 10

0с тремя входами, два из которых соединены с фотоприемниками регистратора интерференционных полос, и двумя выходами, При этом первый выход соединен с входом частотомера 11, выход которого с одной сторо5 ны является первым выходом устройства, а с другой стороны связан со вторым входом блока 13 сравнения частот сигналов, первый вход которого соединен с первым выходом блока 12 памяти. Выход блока 13 сравнения

0 частот сигналов связан с программируемым таймером 14, выход которого соединен в свою очередь с третьим входом реверсивного счетчика интерференционных полос 10. Второй выход реверсивного счетчика интер5 ференционных полос 10 соединен с первым входом блока 15 сравнения амплитуд сигналов, состоящего из трех схем сравнения значений, две из которых используются для выбора максимальных значений исследуе0 мых сигналов а третья - для сравнения текущих значений исследуемых сигналов. Второй выход блока 12 памяти соединен со вторым входом блока 15 сравнения амплитуд сигналов. Блок 15 сравнения амплитуд

5 сигналов соединен с блоком 16 корректировки показаний, выполненного по принципу частотомера с внутренним генератором времени и таймером и имеющим внешнее управления, выход которого является вто0 рым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от лазера 1, проходя через светоделитель 2, погтадает в двухлуче5 вой интерферометр, в состав которого входят два зеркала - неподвижное опорное зеркало 3 и измерительное подвижное 4, закрепленное на упругой мембране 5, изготовленной из магнитного материала. Упру0 гая мембрана 5 вместе с кольцевым постоянным магнитом 6 и ферромагнитным шариком 7 представляют магнитную цепь, параметры которой зависят от положения шарика 7 в тороидальном канале 8. Измене5 ние силы взаимодействия между постоянным магнитом 6 и ферромагнитным шариком 7 приводит к перераспределению энергии магнитного поля к изменению силы взаимодействия между постоянным кольце- jJbiM магнитом 6 и упругой мембраной 5,

приводя к различной деформации последней. Величина деформации упругой мембраны измеряется двухлучевым интерферометром 3, 4, выходом которого является регистратор 9 интерференционных полос, выполненный в виде двух фотоприемников, настроенных на интерференционную картину со смещением на четверть длины волны излучения лазера 1.

Гармонический токовый сигнал с частотой, равной частоте свободных колебаний упругой мембраны, промодулироеанный низкочастотным сигналом с частотой колебаний, равной частоте вращения ферромагнитного шарика, с выхода каждого фотоприемника поступает на первый и второй входы реверсивного счетчика 10 интерференционных полос, в котором компенсируется высокочастотная составляющая (несущая) сигнала и производится подсчет токовых импульсов гармонического сигнала за заданное время дискретизации (счета). Таким образом, сигнал на выходе реверсивного счетчика 10 интерференционных полос представляется в виде числовой последовательности токовых импульсов, в которой выражена деформация упругой мембраны, а следовательно, и положение ферромагнитного шарика в тороидальном канале, при этом частота повторения значений числовой последовательности равна частоте вращения ферромагнитного шарика в тороидальном канале, и максимальное значение этой числовой последовательности соответствует максимальной деформации упругой мембраны, т.е. такому положению ферромагнитного шарика в тороидальном канале, при котором расстояние между ним и кольцевым постоянным магнитом б минимально.

Данный сигнал из первого выхода реверсивного счетчика 10, интерференционных полос анализируется частотомером 11, выход которого в свою очередь является первым выходом устройства и с которого получают информацию о частоте и периоде вращения ферромагнитного шарика в тороидальном канале. Кроме того, сигнал с частотомера 11 поступает на второй вход блока 13 сравнения частот сигналов, на первый вход которого одновременно с этим поступает сигнал, заранее записанный в блок 12 памяти при неизменных параметрах дорожки качения и ферромагнитного шарика, т.е. в начале эксплуатации шарикового расходомера.

При наличии разности частот сравниваемых сигналов в блоке 13 сравнения частот сигналов вырабатывается разностный сигнал, поступающий на вход программируемого таймера 14, с помощью которого устанавливается новое время дискретизации (счета) реверсивного счетчика 10 интерференционных полос через третий вход по- 5 следнего. При этом новое значение времени дискретизации реверсивного счетчика 10 интерференционных полос пропорционально величине отношения частот сравниваемых сигналов, т.е.

10Лт Wi А тАт Ат

ATi гтгг- А Т0. где ДТ0, ATi - времена

Wo

дискретизации сигналов с величиной частоты колебаний, W0 и Wi соответственно, и величины W0 и АТ0 характеризуют сигнал.

5 заранее записанный в блок 12 памяти, a Wi и ATi - текущий сигнал. Со второго выхода реверсивного счетчика 10 текущий сигнал подается на первый вход блока 15 сравнения амплитуд сигналов, при этом одновре0 менно на второй вход этого блока подается заранее записанный сигнал из блока 12 памяти. Для каждого сигнала на схеме сравне- ния путем поочередного сравнения значений последовательности производит5 ся выбор максимальных значений, после чего на блок 16 корректировки показаний, выполненного по принципу частотомера с внешним управлением, посылается управляющий одноимпульсный сигнал для вклю0 чения внутреннего генератора времени и внутреннего таймера. Одновременно с этим в блоке 15 сравнения амплитуд сигналов производится сравнение текущего сигнала и сигнала из блока 15 памяти, начиная со

5 следующего значения числовой последовательности после максимального.

При равенстве этих значений из блока

15сравнения амплитуд сигналов посылается управляющий сигнал в виде двух после0 довательных импульсов на вход блока 16 корректировки показаний для прерывания работы генератора времени, а при наличии разности в этих значениях - одноимпульсный управляющий сигнал на возобновление

5 работы генератора времени.

После сравнения всех значений обоих сигналов, соответствующих по длительности периоду текущего сигнала, о чем свидетельствует появление на схеме сравнения

0 блока 15 сравнения амплитуд сигналов нового максимального значения текущего сигнала, при появлении которого на вход блока

16корректировки показаний посылается трехимпульсный управляющий сигнал на

5 прерывание работы генератора времени и опроса показаний таймера, на выходе блока 16 корректировки показаний, являющимся в свою очередь вторым выходом устройства, появляется откорректированное значение

частоты вращения ферромагнитного шарика Wi в тороидальном канале с учетом изном 2л: са дорожки качения и шарика, т.е. Wi -у-,

гдеТт Тз - (Т2 - Ti) - (Т4 - Тз). где Ts - период повторения значений в числовой последовательности текущего сигнала, Тч, Тз (Та, Тз) - значение времени, при которых начинается (заканчивается) различие между значениями числовых последовательностей N I - N1 #0 и N - N2 0 (фиг.2).

Для тоа чтобы сравнение значений текущего и записанного сигнала проводилось для всех значений Периода длительности текущего сигнала рекомендуется записывать сигнал в блок 12 памяти при максимально возможной частоте вращения ферромагнитного шарика, т.е. при максимальном требуемом расходе.

Предложенный шариковый расходомер по сравнению с прототипом позволяет повысить достоверность результатов измерений, а наличие двух выходов в устройстве позволяет определить начало износа дорожки качения и шарика и прогнозировать его ресурс работы.

Использование радиационностойких зеркал в качестве гюдвижного элемента двухлучевого инфермерометра позволяет использовать шариковый расходомер в реакторных условиях и в агрессивных средах.

Формула изобретения

Шариковый расходомер, содержащий корпус с тороидальным каналом, в котором размещен шарик из ферромагнитного материала, преобразователь частоты вращения шарика, размещенный вне корпуса с тороидальным каналом, и измерительный блок с первым выходом, отличающийся тем,

что, с целью повышения достоверности результатов измерений, в него введены программируемый таймер, блок памяти с первым и вторым входами, частотомер, блок

сравнения частот сигналов, блок сравнения

амплитуд сигналов, блок корректировки показаний, при этом преобразователь частоты вращения шарика выполнен в виде упругой мембраны из магнитного материала, закрепленной на кольцевом постоянном магните, и соединенного с мембраной зеркала двухлучевого интерферометра с выходом, при этом упругая мембрана установлена перпендикулярно плоскости вращения шарика, а измерительный блок выполнен в виде реверсивного счетчика интерференционных полос с первым, вторым и третьим входами и первым, соединенным с входом частотомера, а также вторым выходами, при

этом выход двухлучевого интерферометра соединен с первым и вторым входами счетчика интерференционных полос, третий вход которого соединен с выходом программируемого таймера, а второй выход счетчика интерференционных полос соединен с первым входом блока сравнения амплитуд сигналов, выход которого соединен с блоком корректировки показаний, выход частотомера соединен с первым входом блока

сравнения частот сигналов, выход которого соединен с входом программируемого таймера, вторые входы блока сравнения частот сигналов и блока сравнения амплитуд сигналов соединены с первым и вторым выходами блока памяти соответственно, выход частотомера является первым выходом измерительного блока, а выход блока корректировки показаний является вторым выходом измерительного блока.

X

Использование: приборостроение, измерение расхода жидкостей и газов. Сущность изобретения: устройство содержит мембрану из Магнитного материала снаружи трубопровода и ферромагнитный шарик внутри трубопровода. Зеркало установлено на мембране и является элементом оптического канала с двухлучевым интерферометром. 2 ил.

1

/4

fj

15

16

Т

12

Дефорйоция Мембраны, количество иппмьсоЬ mot

, l

i N

О Г7 Т2 Т; Ј7 фиг, 2