Расходомер Советский патент 1993 года по МПК G01F1/20 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения расхода.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет учета влияния температуры рабочей среды..

Конструктивная схема расходомера приведена на фиг. 1,а.

Корпус 1 содержит специальный температурный карман 2, образованный муфтой 3 и гермопеналом 4. На основании 5 гермо- пенала 4 консольнр закреплен измерительный преобразователь давления в виде биметаллического изгибного элемента 6 и сочлененной с ним поторцу биморфной пьезокерамической пластины 7 с двумя парами электродов (возбуждения 8 и выходных 9). Биметаллическая пластина 6 укреплена так (фиг, 1,6), что в сторону набегающего потока обращена плоскостью металлическая компонента ба с меньшим коэффициентом ли- нейного расширения. Биморфная пьезокерамическая пластина 7 (фиг. 1,6) сочленена по торцу с биметаллической пластиной б таким образом, что в сторону набегающего потока обращена плоскость пьезокерамической пластины 7а с меньшей величиной пьезомодуля.

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 приведена функциональная . схема вторичного прибора.

Выход блока возбуждения (БВ) 11 соединен с возбуждающими электродами 1э, Зэ биморфного элемента. Выходные электроды 2э, Зэ биморфного элемента соединены со входом блока инвертирования (БИ) 12, выход которого соединен с одним из входом компаратора (К) 13, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно нарастающего напряжения (ГЛИН) 14 и через дифференцирующую цепочку (СДЦ) 15 - с установочными входами счетчика импульсов (Сч.Имп) 16 и буферного запоминающего устройства (Буф. ЗУ) 17. Выход компаратора (К) 13 соединен с первым входом логической схемы И 18, второй вход которой соединён с выходом генератора импульсов высокой частоты (ГИИ) 19. Выход

00

ы

hO О

ы

схемы И 1.8 соединен со входом счетчика импульсов 16, разрядные выходы которого через БуфлЗУ 17 соединены со входами счётчика-интегратора 10.- : v :

Расходомер работает следующим образом, Измеряемый поток рабочей среды поступает по корпусу 1 расходомера в его проточную часть и обтекает пьезокерамиче- скую пластину 7. В каждой точке этой пла- стины действует сила от набегающего потока:;- .. :.. .--,. / . -

- М

г7

(D

где р - плотность жидкости, кг/м3;

Vi - континуальная скорость потока среды, м/с. . ; ; .... .. .. .. . ... .....

Величина полной силы на пластину 7 может быть вычислена по формуле интеграла: .- ... . ,:.,.;

Fn Я FidSi -Ј Я Vi2dSi,(2)

-.. Sj- -.. Si. .

где Sj. - площадь проекции пластины 7 на плоскость ортогональную оси симметрии трубопровода. ...;..-.,

Чем больше расход измеряемой среды Qn, тем больше и континуальная скорость Vi, и, соответственно, тем больше полная сила Fn, действующая на пьезопластину 7.

В соответствии с физикой биморфных пьезокерамических пластин величина напряжения с выходных электродов 2э, Зэ может быть вычислена следующим образом:

U2s-33 Ul3-33 Кт-Кбэ Fr,

(3)

где 1Иэ-Зэ - напряжения возбуждения на электродах 1э, Зэ биморфного элемента; Кт - коэффициент трансформации биморфного элемента; Кбэ - коэффициент крутизны биморфного элемента по ортогональному усилию, В/В. - ..--

Произведение U 1э-Зэ Кт ио показывает начальную величину выходного напряжения биморфного элемента при отсутствии .расхода (). Величина Кбэ показывает чувствительность биморфного элемента при воздействии поперечного ортогонального усилия. Эксперименты показывают, что Кбэ больше в хом случае, когда биморф- най пластина работает на разгибание, т.е. когда в сторону набегающего измеряемого потока обращена плоскость пьезоэлектрической пластины с меньшей величиной пье- зомодуля. Отметим здесь же и основную причину увеличения точности измерения

расхода в сравнении с прототипом 3 : в прототипе U0 Кт U 1э-3э 0 и значительно меньше Кбэ за счет отсутствия биморфного включения пьезокерамических измерительных пластин.- ..;.; С ростом температуры измеряемой среды (фиг. 1,6) биметаллическая пластина 6 деформируется таким образом, что укрепленная на ней пьезокерамическая пластина

7 становится более перпендикулярной к потоку скорости (растет величина Si в формуле (2). Это происходит из-за того, что в сторону набегающего потока обращена плоскость металлической компоненты 7а (фиг. 16) с

меньшей величиной пьезомодуля,. В свою очередь, увеличение эффективной площади Зхпьезопластины 7 приводит к тому, что при действий того же самого расхода величина силы Fn будет больше, а значит, и больше

будет изменение Ц2э-3э -от начального . Это соответствует той логике измерения расхода, когда, например, горячая вода дог роже холодной и при постоянстве расхода величина изэ-Зз для холодной воды больше,

чем для горячей, т.е. изменение и2э-зэ от Uo у горячей воды, больше. Естественно, что коэффициент крутизны Кбэ. равно как и степень температурной деформации биметаллической пластины 6, должны подбираться,

исходя из экономических показателей стоимости измеряемой среды с учетом температурных поправок.

На фиг. 3 приведена функциональная схема вторичного прибора. Напряжение с

выходных электродов 2э, Зэ биморфного элемента подается на вход БИ12 и инвертируется. Компаратор 13 сравнивает это инвертированное напряжение с линейно нарастающим ГЛИН 14, На выходе К13 формируется импульс с временной длительностью, пропорциональной выходному напряжению П2э-3э биморфного элемента, т.е. пропорциональной усилию Fn, и, в конечном итоге, расходу измеряемой среды

Qn. Схема совпадения И 18 заполняет этот импульс высокочастотными метками-импульсами от ГИ 19 и подает пачку высокочастотных импульсов на счетчик импульсов 16, который обнуляется перед каждой новой

пачкой импульсов посредством.нуль-импульса от СДЦ 15. Каждая предыдущая пачка импульсов остается запомненной буферным ЗУ 17 и обновляется после каждого выделенного кванта времени. Счетчик- интегратор 10 может быть электромеханическим, электронным, магни- тополупроводниковым и основная его функция - суммирование во времени количества поступивших на вход импульсов, т.е. выдача

информации о расходе, либо стоимости отпущенного энергоносителя.

Формула изобретения .1. Расходомер,; содержащий изгибныи элемент с первым и вторым концами установленный в трубопроводе, обтекаемый элемент, скрепленный с изгибным элементом, и вторичный прибор, отличающий- с я тем, что/ с целью повышения тонкости измерения путем учета влияния температуры рабочей среды, в нем изгибныи элемент выполнен биметаллическим, обтекаемый элемент вы полнен в видебиморфной пьезокерамической пластины с входными и выходными электродами, при этом первый конец биметаллического изгибного элемента закреплен в стенке трубопровода, второй .конец его скреплен с торцом биморфной пьезокерамической пластины, а входные и входные электроды биморфной пьезокерамической пластины соединены с вторичным прибором.

2. Расходомер поп. 1, от л и ч аю щий- с я тем, что стенки трубопровода выполнены с образованием кармана в месте закрепления первого конца биметаллического изгибного элемента, при этом биметаллический изгибныи элемент ориентирован навстречу потоку Ъ

стороной с меньшим коэффициентом температурного расширения.

3. Расходомер по пп. 1 и 2, о т л и ч a torn, и и с я тем, что биморфная пьезокерами- ческая пластина ориентирована навстречу потоку частью с меньшей величиной пьезо- модуля.

4. Расходомер по пп. 1-3, отличающийся тем, что вторичный прибор содержит блок возбуждения, выход которого сое динён с входными электродами биморфной

пьезокерамической пластины, блок инвертирования, вход которого соединен с выходными . электродами бим.орфной

пьезокерамической пластины, выход блока инвертирования соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора напряжения и через дифференцирующую цепочку - с установочными входами счетчика импульсов и буферного запоминающего устройства, причем выход компаратора соединен с первым входом логической схемы И, второй вход которой соединен с выходом генератора импульсов

высокой частоты, а выход логической схемы И соединен с входом счетчика импульсов, разрядные импульсы которого через буферное запоминающее устройство соединены с входами счетчика-интегратора.

10

Использование : в технике измерения параметров потоков энергоносителей. Сущность изобретения: биметаллический элемент одним концом закреплен, а другим соединен с биморфной пьезокерамической пластиной, содержащей входные и выходные электроды, соединенные с вторичным прибором. Биметаллический элемент может быть ориентирован навстречу потоку стороной с меньшим коэффициентом температурного расширения. Биморфная пластина может быть ориентирована навстречу потоку своей частью е меньшей величиной пье- зомодуля. 3 з.п. ф-лы. 3 ил.

Фиг.1

Фып.Ј.

IP

it/