Датчик расходомера жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F1/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях народного хозяйства и в быту при определении расхода жидкости, подающейся через трубопроводы.

В настоящее время известны датчики расходомеров жидкости в трубопроводах, использующие различные физические принципы для регистрации количества протекающей жидкости в единицу времени.

Однако практически все они обладают рядом существенных недостатков, отличаются сложностью конструкции, в основном предназначены для применения в стационарных (часто лабораторных) условиях и, как правило, не могут быть включены напрямую (непосредственно в трубопровод) в систему подачи жидкости.

Известен также расходомер потока среды, состоящий из устанббле Його в корпусе подвижного элемента в виде односторонне подпружиненного поршня со сверлениями (каналами) и жёстко соединенным с поршнем сердечником из магнитного материала, который п еремеТщается в осёво м направле- :нии внутри катушки индуктивности в зависимости от потока среды.

Этому расходомеру, который принят за прототип, присущи следующие недостатки:

1) расходомер может нормально работать только в стационарных условиях, в отсутствии наклонов и тряски;

2) катушка индуктивности размещена в потоке протекающей среды, что требует дополнительных мероприятий по обеспечению герметичности обмотки и выводов с катушки, а также применения соответствующих изоляционных материалов, стойких к протекающей среде;

3) наличие контакта (отсюда и трения) между поршнем и корпусом при малых расходах среды может вносить нестабильность в показания расходомера.

Целью изобретения являются увеличение чувствительности и повышение точности измерения расхода жидкости, а также возможности использования его в сложных условиях эксплуатации (при возможном изменении ориентации датчика и при наличии тряски и вибраций).

Поставленная цель достигается тем, что подвижный элемент датчика, представляет из себя упруго подвешенную симметричную конструкцию в виде магнитного стержня (например, ферритовый стержень), на оба конца которого надеты трубки из немагнитного материала, а на концах трубок закреплены насадки, например, в виде дисков

с 4-8 каналами, расположенными под углом 30-60° к оси подвижного элемента. Подбором габаритов и материала насадок в зависимости от плотности измеряемой

жидкости, средняя плотность подвижного элемента в целом делается равной средней плотности измеряемой жидкости, чем достигается состояние невесомости подвижного элемента при заполнении датчика

измеряемой жидкостью, что существенно

величивает чувствительность датчика. Симметричная и уравновешенная с измеряемой средой конструкция подвижного элемента позволяет применять датчик на

движущихся объектах, подвергающихся в процессе эксплуатации качке, кренам, вибрациям и т.д.

Жиклер, расположенный во впускном патрубке датчика, позволяет локально увеличить скорость потока жидкости, а насадки с к аналам и полностью воспринимают импульс потока жидкости, вытекающего из отверстия жиклера. Кроме того насадки подвижного элемента сглаживают во зможные пульсации в потоке жидкости за счет местного сопротивления среды (исполняют роль дёмпферов).

Для ра Змещения насадок в датчике предусмотрены расширители (камеры), которые

одновременно защищают индуктивности от действия потока жидкости.

Учитывая то, что жиклер во впускном

патрубке расположен близко (порядка 1-3

диаметров отверстия жиклера) от насадки, а

возможные перемещения подвижного элемента под действием потока среды малы (порядка 1-5 мм), струя жидкости из жиклера на таких расстояниях не успевает полностью диссипировать в среде и ее импульс, а,

следовательно, и расход, практически полностью отслеживается подвижным элементом.

Такая конструкция датчика позволяет с высокой точностью (до 5%) измерять малые

расходы (50-250 мл/мин) жидкости даже с низкой вязкостью.

На чертеже схематично изображен предлагаемый датчик расхода жидкости.

Датчик содержит впускной 1.1 и выпускной 1.2 патрубки, предназначенные для подсоединения датчика к трубопроводам с измеряемой жидкостью. Во впускной патрубок 1,1 вставлен жиклер 2, позволяющий

увеличить импульс протекающей жидкости, действующий на подвижный элемент. Патрубки 1.1 и 1.2 через герметизирующие про- кладки соединены с расширителями 3.1 и 3.2. В расширителях 3.1 и 3.2 происходит

взаимодействие (передача импульса) потока

жидкости с подвижным элементом. Подвижный элементдатчика включает в себя магнитный стержень 4, например, изготовленный из феррита, который при перемещении подвижного элемента под действием потока жидкости вызывает изменения индуктивностей 5.1 и 5.2. На стержень 4 н адеты трубки 6.1 и 6.2 из немагнитного материала, например полистирола, которые жестко соединяют стержень 4 с насадками 7.1 и 7.2. Насадки 7.1 и 7.2 в простейшем случае выполнены в виде дисков, причем их габариты и материал выбираются из условия, что масса подвижного элемента, поде- лЬнная на его обьем (т.е. средняя плотность подвижного элемента), должна быть равна плотности измеряемой жидкости. Расширители 3.1 и 3.2 соединены между собой тон- кэстенной трубкой 8 из немагнитного материала толщиной от 0,5 до 2 мм. На труб- ку 8 надеты две катушки (5.1 и 5.2) индуктив- н ости. Подвижный элемент упруго подвешен на двух пружинах 9.1 и 9.2.

В насадках 7.1 и 7.2 проделаны каналы 10.1 и 10.2 для жидкости в количестве 2-8 штук под углом в 30-60°к оси подвижного элемента. Диаметр каналов 10.1 и 10.2 выбирается равным 1-5 мм в зависимости от вАзкости И расхода жидкости.

Датчик работает следующим образом: поток жидкости, проходя из впускного патрубка 3.1 через калиброванное отверстие жиклера 2, попадает на насадку 7.1. Далее поток, частично обтекая насадку, а частично протекая через каналы 10.1, по трубке 8 попадает в расширитель 3.2 и по выпускному патрубку 1.2 покидает датчик.

Подвижный элемент под действием потока жидкости перемещается, что вызывает изменение индуктивностей 5.1 и 5.2. Величина перемещения подвижного элемента и изменение индуктивностей связаны с расходом жидкости. Известными способами, например включением индуктивностей 5.1 и 5.2 в балансную мостовую схему, эти изменения могут быть измерены, что позволяет при соответствующей градуировке измерять расход жидкости.

У датчиков подобной конструкции имеется широкая область применения. Особенно перспективны они при установке их на движущихся объектах, например, автомобилях, подверженных вибрациям, тряске и ускорениям.

В соответствии с формулой изобрете-. ния был изготовлен и опробован датчик расходомера бензина для автомобиля и показал хорошие результаты.

Использование: при определении рас- х( да жидкости, подающейся через трубопроводы. Сущность изобретения: корпус датчика с впускным и выпускным патрубками содержит подвижный элемент, выполненный в виде магнитного стержня 4, подпружиненного С двух сторон, на который надеты трубки 6.1 и 6.2 из немагнитного материала, соединяющие стержень 4 с дисками 7.1 и 7.2, в которых выполнены каналы 10.1 и 10.2 под углом в 30-60° к оси подвижного элемента, катушку 5.1 индуктивности и жиклер 2, установленный в впускном патрубке 1.1. 1 ил. Лагпок жидкос/па

Формула изобретения 1, Датчик расходомера жидкости, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, в котором размещены катушки индуктивности и подвижный элемент из магнитного материала, подпружиненный с одной стороны, причем один конец пружи- HIJJ опирается в насадок с каналами, который выполнен на подвижном его элементе, о V личающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и повышения точности измерения, подвижный элемент выполнен симметричным, подпружиненным с двух сторон, причем на него надеты трубки из немагнитного материала, соединяющие магнитный подвижный элемент с насадками, а между подвижным элементом и патрубками введены расширители, причем

1,

/Оср.подв.эл. /Лгр.изм.ср.

где/)ср.подв.зл. - средняя плотность ПОДЁИЖ- ного элемента;

Рср.иэм.ср. - размер среды - средняя плотность измеряемой среды.

2. Датчик по п. .1, отличающийся тем, что впускной патрубок снабжен жиклером.