Датчик расхода для насосного агрегата Советский патент 1992 года по МПК G01F1/12 

V

б

Использование: при осуществлении измерения расхода жидкости, подаваемой насосным агрегатом, состоящим из насоса и электрического приводного двигателя Сущность изобретения: устройство содержит датчик 3 тока, входом подключенный к соединенному с насосом 2 приводному двигателю 1, а выходом к первому входу сумматора 5. Второй вход сумматора 5 сое- динен с блоком 4 задания тока холостого хода, а выход сумматора соединен с первым входом блока 7 умножения. Второй вход последнего соединен с блоком 6 формирова ния константы. Выход блока 7 умножения является выходом датчика расхода. 1 ил.

/

I,

V

3

5

Э

7

0

ч

Ю О GJ Ю

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано там, где необходимо осуществлять измерение расхода жидкости, подаваемой насосным агрегатом, состоящим из насоса и электрического приводного двигателя.

Известен турбосиловой расходомер, содержащий вспомогательный двигатель, вал которого соединен с ротором, находящимся в потоке жидкости, расход которой контролируется, а также устройство для измерения тока, связанного с мощностью вспомогательного электродвигателя и преобразования мощности в значение расхода жидкости (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989, с. 345, рис. 191 з., с. 341).

При определении расхода жидкости, подаваемой насосным агрегатом, расходомером такого типа основные недостатки связаны с дополнительным двигателем и ротором, помещаемым в поток жидкости, что увеличивает гидродинамическое сопротивление и снижает производительность насосного агрегата и надежность расходомера, Кроме того, возникает необходимость дополнительных затрат оборудования и энергии на закручивание потока.

Известен расходомер, содержащий вспомогательный электродвигатель, вал которого пружиной соединен с ротором, помещенным в поток жидкости, расход которой контролируется. При этом угол закрутки пружины пропорционален расходу жидкости (там же).

Недостатком такого расходомера является необходимость применения дополнительного двигателя, введение в поток жидкости дополнительной крыльчатки и устройства измерения угла закрутки пружины, Это приводит к увеличению материальных затрат, снижению производительности насосного агрегата и его надежности. Большую проблему вызывает измерение угла закрутки пружины, вращающейся со скоростью потока двигателя.

Наиболее близким по сути физических явлений и конструктивным особенностям устройством является расходомер, включающий электродвигатель, насос, датчик тока, датчик напряжения и преобразователь с двумя сигнальными входами, осуществляющий преобразование сигнала датчика тока и сигнала датчика напряжения в значения расхода жидкости, перекачиваемой насосным агрегатом.

Недостатком этого расходомера является наличие датчика напряжения и сложного преобразователя с двумя сигнальными

входами, что приводит к повышению сложности устройства в целом и снижению его надежности.

Цель изобретения является упрощение

конструкции расходомера и повышение его надежности за счет применения более простого датчика расхода жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем электродвигатель, насос, датчик тока и преобразователь, применен преобразователь с одним сигнальным входом, содержащий блок задания тока холостого хода, соединенный с первым входом сумматора, и блок умножения, первый вход которого соединен с блоком формирования константы, второй вход сумматора соединен с датчиком тока двигателя, а выход сумматора с вторым входом блока умножения. При этом упрощается

конструкция всего расходомера и повышается его надежность.

Возможность достижения цели изобретения, т.е. упрощение конструкции расходомера и повышение его надежности путем

применения преобразователя с одним сигнальным входом по току двигателя, содержащего блок задания тока холостого хода, сумматор, блок формирования константы и блок умножения с новыми связями, подтверждается следующими теоретическими выводами.

Момент, затрачиваемый на закрутку меняющейся массы жидкости (Цейтлин В.Г. Расходоизмерительная техника, М.: Стандарт, 1977, с. 194), равен:

Мвр - d(l ft))/dt,

где I - момент инерции жидкости; а) скорость вращения.

В установившихся режимах d(l со) ti)dl, Но dl - Ru2dm,

где Ru - приведенный радиус инерции, оп- ределяемый конструктивными параметрами;

m - масса вращающейся жидкости.

Следовательно:

50 MBp Ru2fi dm/dt

(D

55

Так как dm/dt ymQ, где уж - плотность;

Q - расход жидкости, то из (1) вытекает:

0 Мвр/Уж Ru2ft

(2)

С другой стороны для электрических двигателей в установившемся режиме, когда ток холостого хода 10 намного меньше номинального тока, справедливо соотношение, вытекающее из формулы 3,83, приведенной в книге Гейлер Л.Б Основы электропривода. Минск: Высшая школа, 1972, с. 144:

1 1нМ/Мн

(3)

где In - номинальный ток двигателя;

М - момент развиваемый двигателем.

Соотношение (3) справедливо для асинхронных двигателей. Однако аналогичное соотношение имеет место и для двигателей других типов. Например, для двигателей постоянного тока М См Ф I, где См МнЛн, (там же, формула 3.4).

Величины 1Н, Мн - являются паспортными данными и постоянны. Магнитный поток Ф также постоянен при номинальном режиме работы двигателя и определяется паспортными данными.

Уравнение моментов насосного агрегата в установившемся режиме имеет вид:

М Мвр + Мир

(4)

где МНр - момент развиваемый двигателем при нулевом расходе жидкости. Так как согласно (3)

М , Мнр Мн1нР/1н (5)

где 1Нр - ток двигателя при нулевом расходе жидкости, то из формул (2), (4) и (5) следует выражение:

О К ( - 1нр)

(6)

Здесь К - Мн/ Уж Ru о) 1Н .

Таким образом расход жидкости, перекачиваемой насосным агрегатом, является функцией тока приводного двигателя. Это подтверждается в частности характеристикой насоса Д200 - 95, приведенной в описании прототипа, если мощность N - М и) при постоянной скорости с учетом выражения (3) пересчитать в значение тока по формуле i NIH/ft MH. Аналогичный характер имеют зависимости расхода жидкости оттока и для других насосных агрегатов.

Изобретение поясняется прилагаемым чертежом, на котором приведена функциональная схема датчика расхода.

Устройство содержит датчик 3 тока, входом подключенный к соединенному с насосом 2 приводному двигателю 1, а выходом к первому входу сумматора 5. Второй вход сумматора 5 соединен с блоком 4 задания

тока холостого хода, а выход сумматора соединен с первым входом блока 7 умножения. Второй вход последнего соединен с блоком 6 формирования константы. Выход 5 блока 7 умножения является выходом датчика расхода.

Датчик расхода насосного агрегата работает следующим образом.

При нулевом расходе жидкости привод0 ной двигатель потребляет ток: I нр. Сигнал с датчика 3 тока поступает на первый вход сумматора 5. На второй вход сумматора 5 с блока 4 задания тока холостого хода поступает величина 1Кр. так что на выходе сумма5 тора 5 формируется сигнал (I - Нр) - О, который в блоке 7 умножается на величину К, поступающую с блока б формирования константы.

В результате в соответствии с выраже0 нием (6) на выходе блока умножения формируется нулевой сигнал, равный нулевому расходу жидкости.

При возникновении расхода жидкости Q 5й 0 ток, потребляемый двигателем 1, а

5 также сигнал датчика 3 тока возрастают. Сигнал с датчика 3 тока поступает на первый вход сумматора 5. На второй вход сумматора 5 с блока 4 задания тока холостого хода по прежнему поступает величина 1нр, так что

0 на выхода сумматора 5 формируется сигнал (1 - 1Нр) 5 0, который в блоке 7 умножается на величину К, поступающую с блока 6 формирования константы .

В результате в соответствии с выраже5 нием (6) на выходе блока умножения формируется сигнал, равный расходу Q жидкости.

Таким образом измерение тока приводного двигателя позволяет определить

0- значение расхода жидкости насосного агрегата, т.е. предложенное устройство выполняет функции датчика расхода. По сравнению с прототипом применение преобразователя с одним сигнальным входом

5 приводит к упрощению датчика расхода насосного агрегата и тем самым повышению его надежности.

Пример осуществления преобразователя, реализующего выражение (6), приведен

0 на рис.2,36, с.122 в кн. Тетельбаум И.М. и Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем. - Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1987. При этом все функциональные узлы пре5 образователя: блок 4 задания тока холостого хода , блок б формирования константы, сумматор 5 и блок7 умножения практически могут быть выполнены на одном операционном усилителе, где в соответствии с обозначениями на этом рисунке на вход Ui поступает сигнал I с датчика тока, движком потенциометра 1 устанавливается величина 1ир. а движком потенциометра 2 устанавливается коэффициент К.

Формула изобретения

Датчик расхода для насосного агрегата с приводным двигателем, содержащий дат0

чик тока, блок задания тока холостого хода, выход которого соединен с первым входом сумматора, и блок формирования константы, выход которого соединен с первым входом блока умножения, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, выход датчика тока соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока умножения.