Поплавковый расходомер Советский патент 1993 года по МПК G01F9/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расхода жидкости массовым способом, в частности для определения подачи насосов.

Целью изобретения .является повышение надежности работы расходомеров.

На фиг. 1 приведена схема поплавкового расходомера жидкости с поплавком в ненагруженном состоянии; на фиг.2 - поплавок в состоянии нагружения одной навеской; на фиг.З - поплавок в состоянии нагружения двумя навесками.

Поплавковый расходомер жидкости (см.фиг. 1) состоит из емкости 1, размещенного в ней поплавка 2, установленного при помощи трех направляющих стержней 3 в направляющих втулках 4, две из которых закреплены в кронштейне 5, а одна - в седЬе 6, Причем все стержни расположены на разных осях, не совпадающих между собой. Крышка 7 поплавка 2 соединена с кронштейном 5 при помощи пружины растяжения 8. На крышке 8 установлен флажок 9 датчика положения 10. Каналом 11 емкость 1 соединена с напорным каналом 12 и сливным каналом 13. На свободном конце канала 13 установлен клапан 14, соединенный с исполнительным устройством 15.

Внутри поплавка вдоль его оси через отверстие 16 (фиг.2) в кронштейне 5 и отверстие 17 (фиг.2) в крышке 7 проходит нить 18 с малой упругостью, например, многожильная полиамидная, на которой закреплены навески 19 и 20. На нижней навеске 19 выполнены центрирующие, например конические, поверхности 21 (фиг,1) и 22 (фиг,2), одна из которых (19) центрирует навеску 20 относительно оси поплавка 2 при ее опускании на центрирующую поверхность 23 (фиг.1) поплавка 2, а другая 22 (см.фиг.2) служит центрирующей поверхностью для навески 20. На навеске 20 (см.фиг.2) выполнены центрирующие поверхности 24 и 25, одна из которых (24) центрирует навеску 20, а другая (25) может являться центрирующей поверхностью при закреплении на нити 18 дополнительной навески. Нить 16 проходит через блок 26 и закреплена в позиционном нагрузочном устройстве 27.

00

СА

g сл ск

Блок управления 28 электрически связан с исполнительным устройством 15, позиционным нагрузочным устройством 27, счетчиком импульсов 29, датчиком положения 10, который в свою очередь связан со счетчиком импульсов 29.

Поплавковый расходомер жидкости работает следующим образом.

При поступлении жидкости в расходомер при открытом клапане 14 происходит свободный вылив жидкости из сливного канала 13. Уровень жидкости в емкости 1 по закону сообщающихся сосудов находится на линии А-А, называемой нулевым уровнем, Вследствие недостаточной подъемной силы, действующей на поплавок 2 со стороны жидкости, находящейся в емкости, он опирается на седло 6. Навески 19 и 20 находятся в поднятом состоянии. Нить 18 и ее участок 30 вытянуты силой тяжести навесок 19 и 20. Пружина 8 в случае применения пружины растяжения, растянута, а в случае применения пружины сжатия - сжата под действием силы тяжести (веса) по- Илавка 2.

По сигналу Замер с блока управления 28 исполнительное устройство 15 закрывает клапан 14. Начинается наполнение емкости 1. При достижении уровня жидкости в емкости 1, соответствующей линии Б-Б, сила Fa, действующая со стороны жидкости на поплавок 2, становится равной весу Р поплавка 2 за вычетом усилия РПр пружины 8

Fa Р - F

-ГР

(1)

силы упругости применяемой нити пренебрежительно малы. После нагружения поплавка 2 сила тяжести, воздействующая со стороны нагруженного поплавка 2 на жидкость, превышает выталкивающую силу, действующую со стороны жидкости, и поплавок 2, направляемый стержнями 3 относительно втулки 4, садится на седло 6. Накопление импульсов в счетчике импульсов 29 продолжается. При достижении уровня жидкости, соответствующей линии В-В, сила Fa1, действующая со стороны жидкости на нагруженный поплавок 2, становится равной весу поплавка 2 и весу навески 19 за

вычетом усилия Fnp пружины 8.

Fa1 Р + ГПн1 9 - F

пр,

(2)

где тц1 - масса навески 19;

g - ускорение силы тяжести.

Поплавок начинает всплывать. Флажок 9 пересекает зону срабатывания датчика 10 в том же положении, при котором произошло срабатывание-датчика 10 при подъеме

поплавка 2 без нагрузки. Датчик 10 выдает сигнал на счетчик импульсов 29 на блок управления 28. Накопление импульсов прекращается. Блок управления 28 выдает сигнал в позиционное нагрузочное устройство 27 и на исполнительное устройство 14. Навески 1.9 и 20 поднимаются в исходное положение. Клапан 15 открывается. Жидкость через каналы 11 и 13 сливается из емкости 1 до уровня А-А.

Разность сил в момент всплытия поплавка 2 с нагрузкой и без нагрузки будет равна

Использование: при определении подачи жидкости к потребителю. Сущность изобретения: в полом поплавке размещены навески, связанные с позиционным устройством нагружения. Поплавок установлен на седле с боковыми прорезями, сообщающими полость корпуса с напорным каналом и сливным каналом с клапаном. Выход датчика положения поплавка соединен со счетчиком и входом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Поплавок 2 начинает подниматься. При этом флажок 9 пересекает зону срабатыва- ния датчика положения 10. Датчик 10 выдает сигнал на счетчик импульсов 29, например счетчик времени или счетчик циклов. Начинается счет импульсов. Датчик 10 выдает сигнал также на блок управления 28, который в свою очередь выдает сигнал на позиционное нагрузочное устройство 27. В зависимости от команды, поданной с блока управления 28, позиционное нагрузочное устройство 27 передвигает нить 18 на определенную позицию и нагружает поплавок 2 одной, двумя либо другим числом йа весок в зависимости от поданной команды и числа закрепленный на нити 18 навесок. При нагружении поплавка одной навеской

19навеска 20 продолжает натягивать нить 18, а участок нити 30 между навесками 19 и

20искривляется (см.фиг.2). При этом воздействие сил упругости на поплавок 2 со стороны участка нити 30 не имеет места, т.к.

Fa1 - Fa Р + ГПн1- 9 - Fnp (Р - Fnp) (3)

или, обозначив Fai - Fa AFi, имеем AFi (4)

Fa - это сила действия жидкости на поплавок в объеме погруженной части поплавка по линии Б-Б без нагрузки

Fa Vn p.g,

(5)

где Vn - объем погруженной части поплавка без нагрузки;

р- удельная масса жидкости

.

Vn Sn h .(6)

где Sn - площадь сечения поплавка;

h - глубина погружения поплавка, соответствующая уровню жидкости на линий Б-6,

или Fa Sn- h-/9- g;

(7)

F3i - это сила действия жидкости на поплавок в объеме погруженной части поплавка с нагруженном навеской 19:

Fa1 Vn1-/9 g,

(8)

где Vni - объем нагруженной части поплавка по линии В-В с нагруженном навеской 19

или

Vni Sn- hi(9)

Fa Sn hi-/o.g.(10) Подставляя (7) и (10) в (4), получаем

Sn hi-/9.g - Srrh-/9.g тньд(11)

или Sn-/o (hi - h) mHi(12)

или Sn- Ahi /9 тН1,.(13) где Дгп hi - h.

За период замера между уровнями Б-Б и В-В в емкость была залита масса жидкости тЖ1 равная

тж1 Муц-р ,

(14)

где /ж объем залитой жидкости между уровнями Б-Б и В-В,Уж - Sn Ahr;

SK - площадь кольцевой поверхности жидкости между наружной поверхностью поплавка 2 и внутренней поверхностью емкости 1.

Выражая Уж.через SK и Дп, получим

Зк Дп-/ тЖ1

(15)

Разделим выражение (13) на (15) и после преобразований получим

ГПж1 ГПц1

Sn

(16)

Из выражения (16) следует,, что масса взвешенной жидкости гпЖ1 за период изменения при нагружении поплавка одной навеской равна произведению массы навески тН1 на отношение площади кольцевой поверхности, находящейся между наружной поверхностью поплавка 2 и внутренней поверхностью емкости 1, к площади сечения поплавка 2.

Для вычисления расхода испытуемого объекта, например подачи насоса, необходимо измеренную массу тЖ1 отнести к накопленному в счетчике импульсов 29 времени либо количеству циклов.

Для случая замера расхода при нагрузке поплавка двумя навесками блоком управления задается команда на нагружение поплавка двумя навесками. В остальном работа расходомера аналогична его работе при замере расхода одной навески.

После первого всплытия поплавка 2 навеска 19 (см.фиг.3) по команде из блока управления 28 опускается на центрирующую поверхность 23 поплавка 2, а навеска 20 своей центрирующей поверхностью 24 садится на центрирующую поверхность 22 навески 19. Участок нити 30 между навесками 19 и 20 искривляется, а нить 18 между блоком 26 и навеской 20 провисает. После второго всплытия поплавка при заполнении жидкостью объема до уровня Г-Г блока управления 28 дает команду на подьем навесок 1-9 и 20 в исходное положение, а клапан 14 открывается. Масса жидкости, измеренная расходомером двух навесок, по аналогии с формулой (16) будет составлять

.

с

ГПж2 (тн1 + ГЛ„2) - on

(17)

Для навесок, закрепленных на нити, 30 измеренная масса жидкости будет составлять:

35

ГПжп (гПн1 + ГПН2 + ... + ГПнп ) (18)

Оп

Подача испытуемого насоса для п навесок вычисляется как отношение измеренной массы к накопленному времени или накопленным циклам.

40Применение расходометра позволит упростить его конструкцию, расширить диапазон измерения, а также уменьшить габариты емкости.

45

Формул а изобретения

поплавка на отрезках нити последовательно и с зазором между собой, поплавок днищем установлен на введенном седле, направляющие выполнены в виде параллельных стержней, при этом напорный канал сообщен с полостью резервуара через его днище и прорези в седле, выход датчика положения соединен со счетчиком импульсов и входом блока управления, а навески, .t/&f

плавок и седло снабжены центрирующими элементами, причем устройство нагружения выполнено позиционным с числом рабочих позиций, равным числу грузовых навесок.

//

фие.2

16

фи&З