Турбинный расходомер для электропроводных жидкостей Советский патент 1981 года по МПК G01F1/10 

(54) ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

1

Изобретение относится к измере- нию расхода электропроводящих жидкостей, в частности к устройствам для измерения малых расходов, например при гидрогеологических исследованиях буровЫх скважин.

Известно устройство для измерения .скорости и расхода потока, содерзкащее корпус с размещенной в нем крыльчаткой, подвижную пару электродов, размещенных на крьтьчатке на раэлйчных расстояниях от ее оси, неподвижную пару электродов, размещенных на корпусе и соединенньпс с источником постоянного тока и измерительным прибором, например осциллографом;

Величина расхода в этом устройстве определяется по количеству импульсов составляющей тока, протекающего через подвижные электроды крьшьчатки при их приближении к неподвижным электродам при вращении крыльчатки. Число оборотов крыльчатки в единицу времени пропорционально расходу жид-i

кости. По соотношению амплитуд двух ближайших импульсов определяется направление вращения .

Известное устройство невозможно использовать при измерении малых расходов жидкости с высокой степенью минерализации вследствие наличия помех, уровень которых тем больше, чем выше степень минерализации жидкости. Указанные помехи обусловлены изменением составляющей тока, проходящей через электропроводящую жндкость и неподвижную пару электродов вследствие изменения проводимости жидкости. Амплитуда помех может быть равна и превышать амплитуду полезного сигнала, несущего информацию о расходе и направлении, что обуславливает невозможность измерений при высокой степени минерализации жидкости (больше 10 г/л NaCV в составе).

Известен турбинный расходомер для электропроводных жидкостей, содержащий цилиндрический корпус с располо3женной на его стенке неподвижной парой электродов, крыльчатку, уставовпенную в нем с возможностью вращения с расположенной на ней второй парой электродов, генератор частоты, выход которого соединен с неподвижной паро электродов, и блок регистрации с формирователем импульсов на его вход Величина расхода в известном устройстве определяется по количеству импульсов составляющей тока, протекающей через подвижную пару электродов и электропроводящую жидкость при вращении крыльчатки 2. Указанное устройство невозможно .«спользовать при высокой степени минерализации жидкости (более 10 г/л) Это обусловлено наличием превьппающих (по амплитуде полезный сигнал помех, возникающих при резких колебаниях проводимости за оборота крыльчатки. Проводимость цепи между неподвижньми и подвижньгми электрддами изменяется за счет колебаний степени минерализации в процессе измерения, а также за счет образования (при высокой степени минерализации пузырьков газа, оседающих на поверхностях электродов. В известном устройстве не обеспечивается также определение направления вращения. Цель изобретения - уменьшение влияния проводимости жидкости на точность измерения и обеспечение возможности определения направления движения жидкости. Поставленная цель достигается тем что в турбинный расходомер для электропроводных жидкостей, содержащий цилиндрический корпус с расположенной на его стенке неподвижной парой электродов, крыльчатку, установленную в нем.с возможностью вращения ,с расположенной на ней второй парой электродов, генератор частоты, выход которого соединен с неподвижной парой электродов, и блок регистрации с формирователем импульсов на его входе, дополнительно введен фильтр нижних частот, вход которого соединен с неподвижными электродами, а выход - с блоком регистрации, причем электроды расположенные на крыльчатке, соединены между собой диодом. Кроме того, дополнительно введены в блок регистрации интегрирзтощее устройство и индикатор полярности напряжения, вход интегрирующего уст;ройства соединен через формирователь С ВЫХОДОМ фильтра нижних частот, а выход - со входом индикатора полярности напряжения. Введение в расходомер диода, размещенного на крыльчатке и включенного между электродами подвижной пары, обеспечивает подачу на вход фильтра нижних частот продетектированной полезной составляющей переменного тока, протекающей от генератора частоты через диод и подвижные электроды при вращении крыльчатки. Частота импульсов этой составляющей пропорциональна расходу жидкости. Импульсытока полезной составляющей поступают на вход фильтра нижних частот в виде разнесенных во времеьш несимметричных импульсов только положительной или только отрицательной полярно.сти (в зависимости от направления включения диода) и выделяются на выходе фильтра. Другая,составляющая переменного тока, протекающая через электропроводящую жидкость и неподвижные электроды и обуславливающая наличие помех, поступает на вход фильтра нижних частот в виде непродетектированных, симметричных положительных и отрицательных полуволн, которые в результате алгебраического суммирования в фильтре взаимно уничтожаются4 Таким образом, с выхода фильтра нижних частот на вход блока регистрации поступают положительные и отрицательные импульсы только составляющей тока, возникающей при вращении крьшьчатки и несущие информацию о расходе. Кроме, того, введение диода, размещенного на крьшьчатке и включенного между электродами подвижной пары в совокупности с введением в блок регистрации интегрирующего устройства и индикатора полярности напряжения, обеспечивает возможность одновременного измерения направления вращения крыльчатки, т.е. направления движения потока. Это объясняется тем, что при каждом обороте крьшьчатки меняется полярность включения диода на вход фильтра нижней частоты, вследствие чего импульсы тока, протекающего через электроды подвижной пары имеют различную полярность. По порядку следования импульсов с разной полярностью определяется направление вращения крыльчатки. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства при последовательном соединении фильтра нижних частот с элект-,

родами неподвижной пары; на фиг. 2 то же, при параллельном соединении; на фиг. 3 - графики напряжений.

Расходомер содержит корпус 1, заполненный электропроводящей жидкостью 2, в котором размещена крьшьчатка 3. На поверхности крьтьчатки 3, выполненной из электроизоляционного материала, расположены электроды 4 подвижной пары. В тело крыльчатки 3 вмонтирован диод 5, включенный между электродами 4. Корпус 1 выполнен из проводящего материала и является одним из электродов неподвижной пары, другой электрод 6 неподвижной пары расположен на корпусе 1 и изолирован от него. Один вывод генератора 7 (например с частотой 800 Гц) соединен с электродом 6, а другой через входное сопротивление фильтра 8 нижних частот - с корпусом 1. Фильтр 8 нижних частот выполнен индуктивноемкостным с полосой пропускания от О до 200 Гц. Блок 9 регистрации состоит из двухпорогового формирователя 10 импульсов который выполнен, например в виде дифференциального усилителя с положительной обратной связью, счетчика 11 импульсов, интегрирующего устройства 12 и индикатора 13 полярности напряжения. В качестве индикатора 13 полярности напряжения использован микроамперметр с симметричной шкалой. Выход фильтра 8 нижних частот соединен через формирователь 10 импульсов со входом счетчика 11 импульсов и входом интегрирующего устройства 12. Выход интегрирующего устройства 12 соединен с индикатором 13 полярности напряжения

Работаетустройство следующим образом.

Под действием потока электропроводящей жидкости 2, протекающей чере корпус I расходомера, начинает вращаться крыльчатка 3. При вращении крыльчатки 3 электроды 4 подвижной пары поочередно проходят вблизи неподвижного электрода 6. При этом через электриоды 4 подвижной пары и диод 5 протекает ток. На вход фильтра 8 нижних частот поступает сигнал, складьшающийся из полезного сигнала, возникающего при вращении крьтьчатки 3, и сигнала помех, образующегося за счет резких колебаний составляющей тока, протекающего через электропроводящую жидкость, неподвижный электрод 6 и корпус 1 за период одного

оборота крыльчатки Настота вращения крьтьчатки 0,005-30 с ) . Сигнал помех имеет форму симметрично расположенных разнополярных импульсов 14,

которые алгебраически суммируясь на фильтре 8 нижних частот, взаимно уничтожаются. В результате с выхода фильтра 8 на блок 9 регистрации поступают только импульсы 15, возникающие при вращении крыльчатки 3 и определяющие величину расхода жидкости. При вращении крыльчатки 3 по часовой стрелке из положения в момент t возникает положитепьнь1й импульс

15 (фиг.30). Через четверть оборота при повороте электродов на 90 возникает отрицательный импуЛьс 15, поскольку при этом диод 5 сменит полярность по отношению к неподвижным

электродам 6 и корпус 1. При вращении по часовой стрелке первым из двух ближайших импульсов будет положительный (фиг.35). При этом на выходе формирователя 10 импульсов сигнал имеет

форму, изображенную на фиг.ЗВ. Из .графика видно, что положительный jpiпульс имеет большую длительность, .чем Отрицательный. На выходе интегрирующего устройства I2 в этом случае формируется положительное напряже- . ние (фиг.Зг), под действием которого стрелка индикатора 13 отклоняется вправо (не показано).

При вращении крьтьчаткн в обратную сторону первым возга1кает отрицательный импульс (фиг.ЗЭ). В этом случав отрицательный импульс на выходе формирователя 10 импульсов имеет большую длительность (фиг.Зе). На выходе интегрииующего устройства 12 формируется отрицательное напряжение. Стрелке индикатора 13 отклоняется влево.

В другом варианте исполнения (фиг.2) электроды б неподвижной пары расположены на внутренней поверхности корпуса 1, выполненного из электроизоляционного материала, н соединены между собой. Угловое смещение между электродами 6 и каждым из

электродов 6 выбирается больше О

и меньше 180 (из условия определения направления вращения).

На фиг.2 изображено угловое смещение равное 90°. Фильтр нижних частот соединен параллельно с электродами 6 и б неподвижной пары. В этом случае в цепь генератора 7 включается резистор 16. Использование предлагаемого изобретения обеспечивает более широкую область использования устройства, а именно дает возможность проводить гидрогеологические исследования буро вых скважин со степенью минерализации жидкости до 30 г/л, в 3 раза превышающей величину, при которой работоспособен известный расходомер, Кроме этого, предлагаемый расходомер обеспечивает одновременное определение направления движения жидкости. Указанные преимущества обеспечивают более точный учет запасов подземных вод, чем и обуславливается экономический эффект. Формула изобретения 1. Турбинный расходомер для элект ропроводных жидкостей, содержащий ци ли1щрический корпус с расположе1Аюй на его стенке неподвижной парой элек родов, крыльчатку, установленную в нем с возможностью вращения с расположенной на ней второй парой электродов, генератор частоты, выход которого, соединен с неподвижной парой электродов, и блок регистрации с фор.мирователем импульсов на его входе, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния проводимости жидкости на точность измерения, в него дополнительно введен фильтр нижних частот, вход которого соединен с неподвижными электродами, а выход - с блоком регистрации, причем электроды, расположенные на крыльчатке, соединены меязду собой диодом. 2. Расходомер поп.1,отличающийся тем, что с целью обеспечеиия возможности определения направления движения жидкости, в блок регистрации дополнительно введены интегрирующее устройство и индикатор полярности напряжения, вход интегрирующего устройства соединен через формирователь с выходом фильтра нижних частот, а выход - со входом индикатора полярности напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 249795, кл. G 01 Р 05/06, 1969. 2.Катыс Г.П. Объемные расходомеры. М., Энергия, 1965, с. 13-14 (прототип).

f/

It

13

IS 1S

A

V

A

A

V

л

д

V