Устройство для измерения расхода Советский патент 1993 года по МПК G01F3/14 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для измерения малых расходов газа.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода и повышение надежности работы устройства.

На фиг. 1 дан общий вид устройства; на фиг, 2 - вариант выполнения блока управления, связанного с датчиками крайнего положения, измерителем интервалов времени и электромагнитным клапаном, и раскрытого до уровня функциональных элементов.

Устройство содержит корпус 1, в котором установлен чувствительный элемент,

разделяющий его на две камеры первую 2 и вторую 3 и выполненный в виде закрепленной в корпусе по периферий вялой мембраны 4с жестким центром 5, соединенным с штоком 6. первый конец 7 которого размещен в центрирующем опорном гнезде 8 первой камеры 2, вход 9 которой соединен с источником потока газа, а выход 10 через электромагнитный клапан 11 - с входом 12 второй камеры 3, имеющей выход 13. При измерении расхода газа при повышенных давлениях на входе в первую камеру следует установить регулятор давления газа 14, величина которого определяется измеритеел

00 4

00

лем давления газа 15. Второй конец 16 штока 5 размещен в центрирующем гнезде 17 во второй камере 3, На торцах штока 6 расположены первый 18 и второй 19 подвижные электрически связанные с штоком контакты замыкаемых контактных пар, неподвижные контакты 20 и 21 которых установлены, соответственно в камерах 2 и 3. Щток б и контакты 20, 2.1 электрически связаны с блоком управления 22 через .входы 23, 24 и 2.5. Включение электромагнитного клапана осуществляется напряжением, поступающим с выходом 26 и 27, блока управления, а для измерения времени перехода чувствительного элемента из нижнего положения в верхнее используется частотомер марки 43-36, подключаемый на выходы 28 и 29 блока управления 22. В качестве регулятора давления газа 14 можно использовать известный элемент. В качестве измерителя давления газа 15 можно использовать образцовый манометр.

Подвижный контакт 30 датчика промежуточного положения установлен на рычаге 31, поворачивающемся вокруг оси 32, жестко связанной с боковой стенкой камеры 3. Неподвижный контакт 33 установлен на свободном конце консоли 34, также жестко связанной с боковой стенкой камеры 3. Толкатель 35 поднимает свободный конец рычага 31 после соприкосновения с ним во время перемещения чувствительного элемента, разрывая контактную пару 30-33. Толкатель 35 разрывает контактную пару 30-33 раньше, чем происходит замыкание контактов 19-21 датчика верхнего положения. Контакты 30, 33 электрически связаны со входами 36, 37 блока управления 22.

Блок управления (БУ) 22 содержит преобразователь сигнала разрыва контактов 18-20 датчика нижнего положения (ДНП) чувствительного элемента в короткий положительный импульс, состоящий из формирователя импульса малой длительности, выполненный на инверторах 38, 39 и одно- вибраторе 40. Одновибратор выполнен по схеме, приведенной на рис. 14.5, причем используется только левая половина схемы (см. Е.А. Зельдин. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппарату ре. Л.; Энергоатомиздат, 1986, с. 266). Блок управления 22 также содержит преобразователь сигнала разрыва контактов 30-33 датчика промежуточного положения (ДПП) чувствительного элемента в короткий положительный импульс, состоящий из формирователя импульса малой длительности, выполненный на инверторах 42, 43 и одновибраторе 44. преобразователь сигнала замыкания контактов 19-21 датчика верхнего положения (ДВП) чувствительного элемента в короткий положительный импульс, состоящий из формирователя импульса малой длительности, выполненный.

на инверторах 46, 47, 43 и одновибраторе 44, а также управляющие триггеры 41, 49, командную кнопку ИЗМ 48, переключатель диапазона измерения расхода газа 50, усилитель мощности на резисторе R6 и транзисто ре. 45. ,

Предлагаемое устройство имеет три режима работы. .

При атмосферном давлении - вход 9 сообщается с источником потока среды, а вы5 ход 13 v e атмосферой, регулятор 14. и измеритель 15 давления на входе 9 отсутствуют.

В исходном состоянии устройства газовый поток от/источника потока поступает

0 через входной канал 9 в первую камеру 2, проходит ее, выходной канал 10 и через открытый электромагнитный клапан (КЗ) 11 и входной канал 12 подается ео вторую камеру 3, и затем появляется на выходе 13,

5 при этом перепад давлений на подводящих трубках и КЗ пренебрежимо мал 5 10 ат и мембрана 4 с жестким центром 5 опирается нижним концом 7 штока 6 в дно первой камеры 2, замыкая контактную пару 18-20.

0 При замкнутых контактах 18-20 вход 24 БУ 22 замкнут на землю, на входе 24 и выходе 40 низкий уровень. На выходе триггера 41 низкий уровень напряжения и измеритель интервалов времени находится в режиме

5 ожидания. Тумблер 50 в положении, показанном на чертеже, замыкает на землю один вход инвертора 42 и тем самым запирает его. В этом случае ДПП отключен и устройство установлено для работы в основном

0 диапазоне. Контакты 19-21 разомкнуты, на входе 24 БУ 22 высокий потенциал, поэтому на входе инвертора 47, связанном с инвертором 46 - низкий уровень, а на другом входе - высокий потенциал и на выходе то5 же высокий. На выходе инвертора 42 высокий потенциал, тогда на входе 44 - низкий и на R-входах триггеров низкий потенциал. На выходе триггера 49 низкий уровень напряжения и транзистор 45 закрыт, клапан

0 к.Э 11 открыт.

При необходимости измерения расхода газа нажимается кнопка ИЗМ 48. Высоким потенциалом на входе S триггер 49 переводится в состояние 1, на его прямом выходе

5 появляется высокий потенциал, открывающий транзистор 45. КЗ 11 закрывается, прекращая выход газа из камеры 2 через КЗ 11 во вторую камеру 3, Давление в камере 3 за счет связи с атмосферой через выходной канал 13 будет поддерживаться постоянным. а в камере 2 начнет увеличиваться и в момент времени, когда сила, пропорциональная перепаду давлений на мембране 4, превысит вес подвижной системы, мембрана 4 с жестким центром 5 оторвется от опоры, разрывая контактную пару 18-20, и будет подниматься вверх. При разрыве контактной пары 18-20 на входе инвертора 38 появится высокий уровень напряжения, а следовательно и на входе одновибратора 40, запуская последний. Появляющийся короткий импульс перебросит триггер 41 в 1 состояние и на 28 выходе БУ 22 появится высокий уровень напряжения, запускающий измеритель интервалов времени - начнется счет времени изменения объема камер 2 и 3. Перемещение штока 6, связанного с жестким центром 5, будет происходить за счет увеличения давления в камере 2, а, следовательно, и на выходе источника потока среды, на ±50 мм вод.ст. до тех пор, пока конец штока 16 не коснется верха камеры 3, замыкая контактную пару 19-21. При этом на входе 24 БУ 22 и на входе инвертора 46 установится нулевой уровень. Этот сигнал, пройдя через инверторы 46,47, 43, установит высокий потенциал на входе одновибратора 44 запускающий его. Появляющийся импульс на R-входах триггеров 41 и 49 переведет их в нулевое состояние. При этом закроется транзистор 45, открывая КЭ 11, остановится счетчик времени, а мембрана 4 с жестким центром 5 вернется в исходное состояние. Число, записанное в измерителе интервалов времени, равно времени изменения объема камер 2 и 3, между двумя положениями (нижним и верхним) мембраны 4 с жестким центром 5. Частное, от деления величины изменения объема камер 2 и 3 (определяемая заранее величина) на время, за которое происходит это изменения, даст величину объемного расхода газа.

При давлении выше атмосферного - вход 9 сообщается с источником потока среды через регулятор давления 14 с измерителем давления 15, а выход 13 с регулятором расхода.

Отличие в работе по сравнению с предыдущим режимом состоит в том, что постоянным теперь будет давление в камере 2, за счет регулятора давления 13. а изменение перепада давлений на мембране 4 с жестким центром 5 после закрытия клапана КЭ 13 (при измерении расхода) будет происходить за счет уменьшения давления в камере 3 (при вытекании газа из нее).

Величина абсолютного давления, поддерживаемого с помощью регулятора давления 14 и определяемого измерителем 15,

входит в расчетную формулу в качестве сомножителя.

Прерывание потока в момент измерения не происходит, так как изменение объе- ма одной камеры компенсируется изменением объема другой камеры за счет перемещения вверх мембраны 4 с жестким центром 5.

При измерении микрорасходов без су0 щественного увеличения времени измерения. Этот режим может использоваться в обоих выше приведенных режимах.

Для измерения микрорасходов необходимо перевести ключ 50 в положение, когда

5 вход инвертора 47 замкнут на землю, тогда в качестве ДВП буде использоваться ДПП. Инициализация процесса измерения остается той же - нажатие кнопки 48 ИЗМ, закрытие клапана и начало счета времени.

0 Только в этом случае при подъеме рычага толкателем 35, установленным на штоке, произойдет размыкание контактной пары 30-33, на входе 30 БУ 22 и на входе инвертора 42 появится высокий уровень напряже5 ния. На выходе 42 появится низкий уровень напряжения, так как на втором его входе, связанном с ключом 50, также высокий уровень. На входе инвертора 43, связанном с 47 высокий потенциал - ключ 50 замкнут на

0 землю. Тогда на входе одновибратора 44 появляется высокий потенциал и он генерирует положительный импульс, поступающий на R-входы триггеров 41, 49 и они переходят в нулевое состояние, останавливают изме5 рение интервала времени и открывают электромагнитный клапан.

Преимуществом заявленного устройства для измерения расхода является возмож- ность измерений расходов газа при

0 давлениях выше атмосферного и большая точность измерения микрорасходов, обус- ловленная малой величиной изменения давления между камерами измерителя, за счет использования гибкого разделителя, боль5 шей точности фиксации моментов начала и конца перехода чувствительного элемента из нижнего положения - в верхнее, за счет использования контактных датчиков положения, а также, стабилизации оси переме0 щения чувствительного элемента. Достигаемая стабильности результатов составляет величину порядка 0,1 %. Формула изобретения 1. Устройство для измерения расхода,

5 содержащее корпус, разделенный чувствительным элементом на две камеры с входами и выходами, причем выход первой и вход второй соединены между собой посредством электромагнитного клапана, два датчика крайнего положения и блок управления, связанный с датчиками крайнего положения, измерителем интервалов времени и электромагнитным клапаном, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, чувствительный элемент выполнен в виде вялой мембраны с жестким центром, на котором укреплен шток, верхний и нижний концы которого выполнены в виде электрических контактов и находятся в центрирующих гнездах с неподвижными контактами, размещенными в первой и второй камерах.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем. что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерений при повышенных давлениях, на входе в первую камеру установлены регуля

5

торы давления и измеритель давления, а на выходе второй камеры установлен регулятор расхода.

3. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности при измерении микрорасходов, вторая камера снабжена датчиком промежуточного положения чувствительного элемента, выполненным в виде подвижного контакта, установленного на рычаге, один конец которого шарнирно связан с боковой стенкой корпуса, неподвижного контакта, установленного на свободном конце консоли, жестко связанной с боковой стенкой корпуса, и толкателя, установленного на стержне с возможностью воздействия на свободный конец рычага.

Использование: при измерении малых расходов газа. Сущность изобретения: в устройстве, содержащем корпус, разделенный чувствительным элементом на две камеры, при этом выход первой и вход второй камеры соединены между собой посредством электромагнитного клапана, два датчика крайнего положения, блок управления, связанный с измерителем интервалов времени, Чувствительный элемент выполнен в виде вялой мембраны с жестким центром, на котором укреплен шток, верхний и 2 нижний концы которого выполнены в виде электрических контактов и находятся в цен- трирующих гнездах с неподвижными контактами, размещенными в первой и второй камерах. На входе в первую камеру установлены регулятор давления и измеритель давления, а на выходе второй камеры - регулятор расхода. Блок управления своими входами электрически связан с неподвижными контактами, а выходами с управляющими входами электромагнитного клапана. При измерении микрорасходов вторая камера дополнительно снабжена датчиком промежуточного положения чувствительного элемента, выполненным в виде подвижного контакта, установленного на рычаге, один конец которого шарнирно связан с боковой стенкой корпуса, неподвижного контакта, установленного на свободном конце консоли, жестко связанной с боковой стенкой корпуса, и толкателя, установленного на стержне с возможностью воздействия на свободный конец рычага. 2 з .п. ф-лы, 1 ил. 00

Фиг. 1

Фиг. 3