СТРУЙНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Советский патент 1996 года по МПК G01F23/16 

Изобретение относится к приборостроению и средствам автоматики и предназначено для управления перекачкой жидкости.

Известен струйный датчик уровня жидкости, содержащий соосно расположенные активное сопло с каналом питания и приемное сопло с каналом измерения, в пространстве между которыми установлен направляющий аппарат, выполненный в виде тонкостенных гидродинамических профилей, представляющих собой поверхности второго порядка, образующие между собой конфузорный канал, при этом передние кромки гидродинамических профилей расположены от активного сопла на расстоянии (6 8)d_c и от оси датчика на расстоянии (0,6 0,8)d_c, где d_c-диаметр выходного отверстия активного сопла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является струйный датчик уровня жидкости, недостатком которого является низкая надежность в работе при входном давлении свыше 30 кгс/см², так как из-за чрезмерного возрастания давления в приемном канале возможны ложные срабатывания датчика.

Целью изобретения является повышение надежности при увеличении входного давления.

Поставленная цель достигается за счет того, что в струйный датчик уровня жидкости, содержащий соосно расположенные активное сопло диаметром d_c с каналом питания и приемное сопло с каналом измерения, между которыми установлена решетка последовательно расположенных тонкостенных профилей, образующих конфузорный канал, причем первый профиль расположен на расстоянии A₁=(6 8)d_c активного сопла и ниже оси датчика на расстоянии h₁=(0,6 0,8)d_c, введен дефлектор, размещенный на расстоянии (4 8)d_c от оси датчика выше профиля, на расстоянии (3 6) d_c от оси датчика и на расстоянии A_i+1=(9 18)d_c от среза активного сопла при этом в центральной части каждого профиля по оси датчика выполнены отверстия, высота проекции которых на плоскость, перпендикулярную оси датчика, равна (1,5 2,5)d_c, а активное сопло выполнено с углом конусности (6 12)^o.

На фиг. 1 изображен струйный датчик уровня жидкости при работе воздухе; на фиг.2 затопленный струйный датчик; на фиг.3 аксонометрическое изображение датчика; на фиг.4 вид по стрелке A на фиг.2.

Струйный датчик уровня жидкости содержит установленные в баке 1 активное сопло 2 диаметром d_c с каналом питания и соосно расположенное ему приемное сопло 3 с каналом измерения, в пространстве между которыми установлен направляющий аппарат, выполненный в виде решетки тонкостенных гидродинамических профилей 4 и 5, представляющих собой поверхности второго порядка, вследствие чего между профилями образуется канал конфузорной формы. Передняя кромка (считая от активного сопла) гидродинамического профиля 4 расположена ниже оси датчика на расстоянии h₁=(0,6 0,8)d_c, а от среза активного сопла на расстоянии A₁=(6 8)d_c.

Передняя кромка второго гидродинамического профиля 5 расположена выше оси датчика на расстоянии H_i+1=(3 6)d_c и на расстоянии A_i+1=(9 18d_c от среза активного сопла.

В центральной части гидродинамического профиля 5 по оси датчика выполнено отверстие 6, высота проекции отверстия на вертикальную плоскость H_отв= (1,5 2,5)d_c, продольный размер отверстия F=(2 - 3,5)d_c, а поперечный размер отверстия E=H_отв=(1,5 2,5) _c. Струйный датчик уровня снабжен дефлектором 7, который выполнен в виде горизонтальной поверхности, расположенной в проточной части датчика выше оси датчика на расстоянии H_g=(4 8)d_c. Передняя кромка дефлектора удалена от среза активного сопла на расстояние A_g=(6 - 12)d_c, а задняя кромка дефлектора расположена перед срезом приемного сопла на расстоянии A_k= (0 6)d_c. Наиболее оптимальное соотношение давления в активном и приемном соплах достигается при угле конусности активного сопла β=(6 12)^o.

Указанные размеры обеспечивают максимальную величину дискретности сигнала для жидкостей, вязкость которых в 2 8 раз больше вязкости воды и для давления питания P_вx=0 45 кгс/см².

Датчик работает следующим образом.

При расположении уровня жидкости L в баке 1 ниже оси датчика, в пространстве между ними находится воздушно-газовая среда. В этом случае струя жидкости, истекающая из активного сопла, через отверстие 6 в гидропрофиле 5 почти без потерь попадает в приемное сопло 3. Достигнув приемного сопла 3, струя сливается за пределы датчика. При этом форма поверхности сливаемой струи представляет собой конус с образующей CC и углом g=120^o, в центре которого кинематическая энергия от сопла 2 практически передается к соплу 3.

При расположении уровня жидкости L выше оси отверстия сопел 2 и 3 пространство между соплами заполнено невозмущенной жидкостью. Истекая из сопла 2 и попадая в невозмущенную жидкость, в силу вязкости струя приобретает форму расширяющегося конуса с образующей K. Угол раскрытия конуса пропорционален давлению жидкости, истекающей из сопла 2. Обтекая профили 4 и 5, струя отклоняется от осевого направления как на корытце, так и на спинке профиля 4 и далее в конфузорном канале между профилями 4 и 5, причем верхняя часть струи, не задевшая профиля 4, ударяется в корытце профиля 5, отражается от него и поворачивается в направлении к выходу конфузорного канала. В результате совместного действия отклоняющих сил в конфузорном канале поток упорядочивается, приобретает направление ПП и "смывает" (отклоняет от осевого направления) ядро активной струи еще до ее подхода к центральному отверстию 6 в профиле 5. Часть потока, истекающего из сопла 2, не охватившая профиль 5, достигает дефлектор 7 и отражается от него в направлениях ОС. При этом часть потока ОС обтекает спинку профиля 5 и "смывает" ту незначительную часть осевой составляющей потока, которая, пройдя отверстие 6, осталась не отклоненной от осевого направления.

Таким образом, перед входом в приемное сопло 3 осевая составляющая первоначального потока практически оказывается равной нулю и, естественно, нулю оказывается равным давление в канале измерения, что резко повышает дискретность сигнала в приемном сопле.

Датчик обладает повышенной надежностью за счет исключения ложных срабатываний при диапазоне входного давления до 45 кгс/см².

Применение: изобретение относится к средствам автоматики и предназначено для управления перекачкой жидкости. Сущность изобретения: датчик содержит активное сопло 2 диаметром d_c с каналом питания, приемное сопло 3 с каналом измерения, дефлектор 7, размещенный на расстоянии (4 - 8)d_c выше оси датчика, на расстоянии (6 - 12)d_c от среза активного сопла, и на расстоянии (0-6)d_c от среза приемного сопла, решетку последовательно расположенных тонкостенных профилей 4, 5, образующих между собой конфузорные каналы. Первый профиль расположен на расстоянии (6 - 8)d_c от активного сопла и ниже оси датчика на расстоянии (0,6 - 0,8)d_c, второй и последующие на расстоянии (9 - 18)d_c от среза активного сопла и на расстоянии (3 - 6)d_c выше оси датчика. В центральной части каждого профиля по оси датчика выполнены отверстия 6, высота проекции которых на плоскость, перпендикулярную оси датчика, равна (1,5 - 2,5)d_c, а активное сопло выполнено с углом конусности (6 - 12)^o, 4 ил.

Струйный датчик уровня жидкости, содержащий соосно расположенные активное сопло диаметром d_с с каналом питания и приемное сопло с каналом измерения, между которыми установлена решетка последовательно расположенных тонкостенных профилей, образующих между собой конфузорные каналы, при этом первый профиль расположен на расстоянии (6 8)d_с от активного сопла и ниже оси датчика на расстоянии (0,6 0,8)d_с, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при увеличении входного давления, в него введен дефлектор, размещенный на расстоянии (4 8)d_с от оси датчика выше профиля, на расстоянии (6 12)d_с от среза активного сопла и на расстоянии (0 6)d_с от среза приемного сопла, второй и последующие профили размещены на расстоянии (3-6)d_c выше от датчика и на расстоянии (9 18)d_с от среза активного сопла, при этом в центральной части каждого профиля по оси датчика выполнены отверстия, высота проекций которых на плоскость, перпендикулярную оси датчика, равна (1,5 2,5)d_с, а активное сопло выполнено с углом конусности 6 12^o.