Устройство для измерения скорости потока токопроводящей жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01P5/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ

1

Изобретение относится к гфиборостро- ению и может быть использовано в тахометрических системах измерения пульсаций скоростей потоков электропроводной жидкости со знакопеременными течениями, а также при вьшопнении рада гидрологических исследований.

Известны турбинные измерители скорости потока l, а для токопроводящих жидкостей микровертушки 2.J.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является бесконтактное тахометрическое устройство для измерения скорости потока э ектро- 1Чэоводной жидкости, содержащее цилиндрический статор с трек5я изолированными между собой токопроводящими контактами, ротор, выполненный в виде крыльчатки из токопроводящего материала, генератор переменного тока, два согласующих звена, два усилительно-Щ)еобразовательных звена и отсчетно-измерительный блок З.

Недостатком известного устройства являехх,я низкое быстродействие измерительного гфеобразования, определяющее низкую точность измерения пульсаций скоростей быстр опере менных водных потоков, обусловленное ограниченным числом информационных импульсов за один оборот ротора и значительной длительностью времени дискриминации направления вращения ротора, составляющего от 1/4 до 3/8 периода полного оборота ротора.

Цель изобретения - повьгшение быстродействия измерительного преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен резистивный делитель напряжения, электроды выполнены в виде сплошного и дискретного токопроводящих полуколец, образующих кольцо, сплошное полукольцо подключено к от счетно-измерительному блоку, а параллельно электродам дискретного полукольца включены источник питания и резистивный делитель напряжения, выводы которого соединены с электродами дискретного полукольца. Кроме того, с целью ут ощения, межэлектродные промежуткя дискретного пол кольца вьшолнены из высокоомного материала. На чертеже представлена функциональ ная схема устройства. Устройство содержит измерительный 15эеобразователь 1, состоящий из ротора 2, вьшапненного в виде токопроводящей крыльчатки, и статора, состоящего из дискретного полукольца 3 и сплошного полукольца 4, первый источник 5 навряжешш, подключенный к ц -элементному резйстивному делителю 6 напряжения, BijiBoaH которого подключены к соответствующим токо1роводящим участкам 7 диакретного полукольца 3 статс а; второй источник 8 напряжения, подключенный ко входу компаратс а 9, первый вход которого подключен к сплош ному лолукольцу 4 статора, а выход ко входу отсчетно-иамерительного бло.ка 10. Устройство работает следующим образом. В измерительном преобразователе 1 поступательное движение тожопровод$пией жидкости преобразуется во вращательное движение токопроводящего ротора 2, который осуществляет последовательную коммутацию каждого из токог1|:юзодяш,.вд: участков 7 дискретного полукольца 3 и сплошного полуколхш 4 статсра. В компараторе 9 происходит сравнение текущи значений опорного скгнала вторснч) источ ника 8 напряжения с текущими значения ми измерительного сигнала, поступающего на сплощное полукольцо 4 статора пр сращении токопроводящего ротора 2 с токогфоводящих участков дискретного полукольца 3 статора, зашгтываемого от нового источника 5 напряжения через делитель 6 напряжения. В моменты равенства текущих значений оперного и измерительного сигналов в компараторе 9 фqpмиpyютcя информационные импульс о мгновенном пространственном положении ротора 2, а в отсчетно-измерительном блоке Ю осуществляется щзеобразование этой информации в выходной эле трический сигнал, соответствующий величине и знаку скорости поступательног движения жидкости. В принципе, возможно несколько вариантов реализации как источников 5 и напряжения, так и компаратора 9. Таис, на1фимер, первый источник 5 1{а1фяжения может быть выполнен яак в вдде источника постоянного, так и переменного напряжения. При использовании источника постоянного напряжения необхоонмо 1финимать меры по уменьшению влияния гальванических явлений на поверхностях токопроводящих участков 7 дискретного полукольца 3 статора и сплошного полукольца 4. При использовании источника племенного на1ряжения необходимо гредусмотреть включение детект1фующего устройства между компаратором 9 и сплошным полукольцом 4, а частоту переменного на1фяжения выб1фать на один-два порядка вьпие частоты следования информационных импульсов, огфеделяемой величиной скорости поступательного движения жидкост;и. Второй источник 8 напряжения может бьггь вьшолнен в виде генератора линейно.1 изменяющегося (пилообразного) или дискретно-изменяющегося напряжения. Причем частота следования выходных сигН шов такого генератора должна на одиндва порядка гфевьпнать частоту источника 5 переменного напряжения. Компаратор 9 может быть вьшолнен в виде нелинейного элемента, например операционного усилителя или диода. Огсчетно-измерительный блок 10 в зайиснмости от типа узлов 5, 8 и 9 может быть реализова; в виде самых разнообразных технических решений. Делитель 6 напряжения может быть выполнен как в виде дискретного, например, резистивного или е.мкостного делителя, конструктивно выполненного на статоре в виде печатного монтажа и подключенного к соответствующим участкам дискретного полукольца 3 статора, так и в виде сплошHofo полукольца, изготовленного из высокоомного материала (например, константана, мангсишна, нихрома), конструктивно совмещающего функции электрода стаTCfja и делителя на1фяжения. Для 1ростоты рассмотрения гфоцесса выделения измерительной информации в предлагаемом устройстве в качестве гкрвого источника 5 натфяжения выбирают обычный аккумулятор, в качестве второго источника 8 напряжения - генератор пилообразного нагряжения с очень малым временем обратного хода пилы, а в качестве компаратсра - операционный усилитель. В моменты времени, когда текущее значение оперного сигнала, поступающего с генератора 8 пилообразного напряжения на второй вход компаратора 9, превышает текущее значение измерительного сигнала, поступающего на первый вход компаратора 9 от источника 5 постоянного напряжения по следующему пути: делитель 6 напряжения соответствующий мгновенному угловому положению ротора токопроводящкй участок 7 дискретнохх) полукольца 3 - Первый токопроводяший зазс жид|сости, токопроводящий ротор 2 - Второй токопроводя- щий зааар жидкости - сплошное токопроводящее полукольцо 4, на выходе компаратора 9 формируются прямоугольные импульсы, относительное положение пврюдних фронтов которых несет информацию о мгновенном пространственном положении ротсра 2 (задний 4ронт, соответствующий обратному ходу пилы, не несет полезной информбщии), а скорость изменения относительного положения передних (jpoHTOB этих импульсов несет информацию о скорости поступательного движения жидкости. В отсчетно-измерительном блоке 1О остается осуществить любым из известных методов фиксацию зйака и скорости изменения фазы (относительного положения передних Дронтов информационных импульсов) прямоугольных импульсов фикс ованной частоты.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется выделе ше, преобразование и реоистрация информации о практически мгновенном угловом положении и практически мгновенной угловой скорости ротора измерительного преобразователя, которые функционально связаны с ,величиной скорости поступательного движения потока токопроводящей жидкости.

Существенными преимуществами предлагаемого устройства являются: возмож- нсхзть практически непрерывного выделения информации о мгновенных значениях величин и знаков пульсаций скорости контролируемых потоков жидкости, заключенной в текущей фазе прямоугольного сигнала оперной частоты, в то время, как в известных тахометрических измерителях эта информация заключалась в частоте следования дискретных импульсных сигналов, полученных после детектирования амплитудно-модулированных сигналов оперной частоты; возможность одновременной регистрации величины и знака потока жидкости со знакопеременным течением, что повышает достоверность информации о параметрах дви- .жущейся жидкости к позволяет полностью автоматизировать достаточно трудоемкий

процесс измерения параметров движущихся жидкостей.

Предлагаемое устройство может быть использовано при комплексной автоматизации процесса измерений параметров потоков жидкостей в гидротехнических сооружениях, каналах и водоемах, что позволит более рационально вьшолнять проектирование различных гидротехничес ких сооружений и ра; абатывать эффективные меры по их защите. Особый интерес устройство может представить для исследователей, изучающих структуру турбулентности, причины ее возникновения и развития, различные фермы проявлениятурбулентности в реальных условиях.

Важно и необходимо примене1ше устройства при выполнении исследований на пространстве1шых моделях плотин, дамб, ирригационных сос ужений, рыбоводов, где определение величин и знака пульсаций скоростей имеет столь же важное значение, как и величины осредненных скоростей, контрол1фуемых при. использовании известных тахометрических измерителей (микропровертущек).

Предлагаемое устройство может найти

широкое применение в автоматических гидрохимических ста1щиях, где точное знание изменений скорости жидкости определяет точность гидрохимических измерений, а также при измерениях скоростей потоков или расхода сточных вод бытового и промышленного происхождения, в том числе и агрессив ых сред.

Формула изобретения

полукольца выполнены из высокоомнохх материала.

Источники информации, принятые во внимание оря экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР N 731379, кл. Q 01 Р 5/06, 1978 (хчютотип).