Датчик для измерения расхода жидкости

 

Изобретение относится к технике измерения текущих значений быстроизменяющихся и установившихся расходов жидкости в трубопроводах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и диапазона измеряемых расходов. Жидкость поступает в датчик со стороны входа 2 и воздействует на чувствительный элемент - балочку 5, закрепленную на торце подпружиненного стакана 6, который перемещается под воздействием потока жидкости на шарикоподшипниках 10, при этом балочка 5 с помощью рабочей и компенсационной магнитоиндуктивных головок измеряет переменную составляющую расхода, а величина перемещения стакана 6, пропорциональная среднему расходу, снимается с помощью дополнительных рабочей 13 и компенсационной 14 магнитоиндуктивных головок. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (яц G 01 F 1/28

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4289141/24-10 (22) 27.07.87 (46) 23,12.90. Бюл, М 47 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Института технической механики AH УССР (72) В.А. Антипенко, Л.H. Бессалов, В.А. Дрозд, Е.Л. Козлова, В.В. Рябов и В.Е. Ходурский (53) 681.121 (088.8) (56) Патент США М 4150696. кл. G 01 F 1/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N 1278585, кл. G 01 F 1/00, 1985. (54) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к технике измерения текущих значений быстроизменяю„„Я „„1615554 А1 щихся и установившихся расходов жидкости в трубопроводах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и диапазона измеряемых расходов, Жидкость поступает в датчик со стороны входа и воздействует на чувствительный элемент — балочку 5, закрепленную на торце подпружиненного стакана 6, который перемещается под воздействием потока жидкости на шарикоподшипниках 10, при этом балочка 5 с помощью рабочей и компенсационной магнитоиндуктивных головок измеряет переменную составляющую расхода, а величина перемещения стакана

6, пропорциональная среднему расходу, снимается с помощью дополнительных рабочей 13 и компенсационной 14 магнитоиндуктивных головок. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1615554

Изобретение относится к технике измерения текущих значений быстроизменяющихся и установившихся расходов жидкости а трубопроводах и предназначено для отработки различного рода тепловых двигателей, энергетических установок, а также может быть использовано для изме: рения расходов любых жидкостей.

Цель изобретения — одновременное измерение мгновенного и среднего расхода жидкости и расширение диапазона измерения.

На фиг. 1 изображен датчик, общий вид„ на фиг. 2 — то же, вид сбоку; на фиг, 3 — то же, вид снизу.

Датчик для измерения расхода жидко сти содержит корпус 1 с проточной частью !, 2. Со стороны входа проточная часть 2 дат чика имеет внезапное расширение(не обоз начено), представляющее собой резкое, увеличение диаметра (в частности, в 2 раза), необходимое для получения свободной затопленной струи, В проточной части 2 дат. чика поперек потока установлена неподвижная опора 3 с выступом 4, ориентированным вдоль nðoäoëüíoé оси датчика.

Чувствительный элемент-балочка 5 жестко укреплена на торце стакана 6, который установлен с возможностью осевых перемещений относительно выступа 4 на неподвижной опоре 3. Стакан 6 выполнен в виде емкссти и имеет плоскопараллельные стенки со скруглениями на боках. Так как стакан, 6 установлен на выступе 4. то последний со стаканом 6 являются геометрически подо! бными телами. Опора 3 и выступ 4 на ней выполнены полыми, а в их внутренних поло, стях размещена пружина 7, закрепленная

,одним своим концом на внутренней повер, хности донышка стакана 6, а другим на внутренней стенке опоры 3. В центре донышка стакана 6 по его продольной оси укреплены рабочая 8 и компенсационная 9 магнитоиндуктивные головки, предназначенные для измерения прогибов балочки 5, которые будут пропорциональны колебаниям расхода (скоростного напора) контролируемой жидкости, т. е, измеряют текущие значения быстроиэменяющегося расхода жидкости в исследуемой гидравлической системе.

Снаружи через шарикоподшипники 10 с плоскими сепараторами 11 стакан 6 со стороны скруглений опирается на внутреннюю поверхность корпуса 1, С этой целью в местах размещения подшипников 10 в корпусе 1 и в стенках стакана 6 выполнены углубления (канавки). На одном из скруглений боковых стенок стакана 6 неподвижно установлена профилированная рейка 12, а оппоэитно ей, т. е, напротив, в стенке кор5

35 пуса 1 размещена дополнительная рабочая магнитоиндуктивная головка 13. Рейка 12 вместе с головкой 13 предназначены для измерения среднего расхода жидкости через исследуемую гидравлическую систему.

Компенсационная магнитоиндуктивная головка 14 системы измерения среднего расхода также расположена в стенке корпуса 1, диаметрально противоположно рабочей голавке 13. Измерение будет осушествляться за счет перемещений на пружине 7 стакана

6, на плоское донышко которого будет воздействовать жидкость, протекающая через проточную часть 2 датчика. При изменениях среднего расхода через датчик стакан 6 будет перемещаться по выступу 4 опоры 3, а его перемещения, пропорциональные величине расхода, будут регистрироваться с помощью рейки 12 и магнитоиндуктивной рабочей головки 13, Рейка 12 изготовлена иэ магнитного материала, например из стали 3П921. Компенсационные головки 9 и 14 служат для компенсации параэитных сигналов, обусловленных колебаниями температуры и давления в контролируемой жидкости в процессе испытания.

Система для измерения среднего расхода снабжена поршневым успокоителем, который состоит иэ поршня 15, перемещаемого в цилиндре 16, заполненном жидкостью из гидравлической системы, в которой работает датчик, При движении поршня 15 жидкость будет проталкиваться из одной части цилиндра 16 в другую через зазор д между поршнем 15 и стенками цилиндра 16, Поршень 15 успокоителя через шток 17 и переходник 18 жестко связан с внутренней стенкой донышка стакана 6, т, е. при перемещениях стакана 6 одновременно будет двигаться поршень 15. Внутри переходника 18 размещены магнитоиндуктианые головки 8 и 9, для подвода жидкости и передачи давления к компенсационной головке 9 в стенках переходника 18 выполнены сквозные отверстия. Для ограничения хода поршня 15 а крайнем его положении, т. е. для предупреждения схода стакана 6 с выступа 4 на опоре 3 внутри цилиндра 16 установлено стопорное кольцо 19, На штоке

17 поршень 15 крепится неподвижно с помощью гайки (не обозначена}.

На тыльной стороне неподвижной опоры 3, т.е. на выходе иэ проточной части 2 датчика, неподвижно установлен обтекатель 20. Через отьерстия 21, выполненные в обтекателе 20 и а стенке огоры 3, внутренняя полость стакана 6 сообщается с пространством на выходе из датчика.

На наружной стенке стакана 6 установлена рейка 12, йрофилированная по закону

1 1615554

l — х* .а

r(x) =h " (х х*) + 0лакс ( — x*) где г1х) — текущее значение высоты рейки;

h — максимальная величина зазора между рейкой и рабочей магнитоиндуктивной головкой;

I — максимальная величина перемещения стакана; х* — перемещение, соответствующее наименьшему расходу (минимальная ширина рейки); х — текущее значение перемещения стакана; а — коэффициент, характеризующий магнитоиндукционную головку;

UM K — максимальное значение выходного сигнала, соответствующее х = x*.

Датчик работает следующим образом.

После подачи жидкости на входе в датчик организуется затопленная струя. В проточной части 2 струя взаимодейс-вует с торцом подвижного стакана 6. вызывал его перемещение относительно корпуса 1 от входа в датчик и одновременное сжатие пружины 7, Сила, действующая на стакан 6 и вызывающая его перемещение, будет определяться скоростью жидкости на входе в датчик, а также зависимостями измерения относительной средней по площади скорости V

Vzp от относительного удаления S. Переме2 щения стакана 6 приводят к вытеснению части жидкости из его внутренней полости пустотелой опоры 3 через отверстия 21. Колебания стакана 6 при быстрых изменениях расхода предотвращаются сопротивлением его движению, создаваемым поршнем 15, движущимся в полости цилиндра 16. Степень демпфирования движения стакана 6 . определяется величиной зазора д (фиг. 1) между наружными краями поршня 15 и стенками цилиндра 16, Перемещение стакана 6 вызывает изменение величины магнитного зазора между профилированной рейкой 12 и дополнительной рабочей магнитоиндуктивной головкой 13, чем обеспечивается формирование сигнала, пропорционального среднему расходу.

Измерение быстроиэменяющегося расхода в датчике осуществляется за счет упругих деформаций чувствительного элемента-балочки 5, вызываемых колебаниями расхода и приводящих к изменению магнитного зазора между балочкой 5 и рабочей и магнитоиндуктивной головкой 8.

Использование датчика позволяет обеспечить одновременное раздельное измерение в одном сечении проточной части

50 среднего и быстроизменяющегося расходов, а также расширение диапазона измеряемых расходов. Это дает возможность использовать техническое решение вместо двух датчиков различных типов {иногда по условиям испытаний или применения не представляется возможным размещение двух датчиков). Кроме того, одновременное измерение в одном и том же сечении проточной части датчика как среднего расхода, так и быстроизменяющегося и использование при этом выходных сигналов одного типа позволяет путем простейших преобразований получить мгновенные значения расхода, вычисленные относительно его среднего расхода, а также обеспечить их обработку в реальном масштабе времени.

Формула изобретения

i, Датчик для измерения расхода жидкости, содержащий корпус с проточной частью, чувствительный элемент, выполненный. в виде балочки, установленной поперек потока, и рабочую и компенсационную магнитоиндуктивные головки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и диапазона измеряемых расходов, проточная часть датчика со стороны входного патрубка выполнена ступенчато расширяющейся, а чувствительный элемент-балочка жестко закреплена на торце подпружиненного стакана, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения относительно выступа на неподвижной опоре и выполненного в виде емкости с плоскопараллельными стаканами со скруглениями, при этом со стороны скруглений стакан через шарикоподшипники с плоскими сепараторами опирается на внутреннюю поверхность стенок корпуса датчика, на одной наружной стенке подпружиненного стакана между рядами шарикоподшипников установлена профилированная гайка, изготовленная иэ магнитного материала, причем в зоне перемещения рейки в стенке корпуса размещена дополнительная рабочая магнитоиндуктивная ro;..oâêà, а на диаметрально противоположной стороне в стенке корпусадополнительная компенсационная.

2. Датчик по и. 1, отличающийся тем, что профиль рейки удовлетворяет соотношению

r(x) =h а ((Х Х*) + Цвак {! Х ") где r(x) — текущее значение высоты рейки от стенки стакана;

i 615554

h — максимальная величина зазора между рейкой и рабочей магнитоиндуктивной

ГОЛОВКОЙ, 1 — максимальная величина перемещения стакана; х* — минимальная ширина рейки; а — коэффициент пропорциональности; х — текущее значение координаты перемещения стакана;

1 смаке — максимальное значение выходного сигнала, соответствующее х = х *, В, 3. Датчик по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что неподвижная опора выполнена пустотелой и со стороны выходного патрубка снабжена обтекателем, одна стенка

5 которого вместе с прилегающей стенкой неподвижной опоры перфорированы отверстиями, при этом в полости выступа на опоре установлены поршневой успокоитель и пружина, закрепленная другим кон10 цом на внутренней поверхности донышка стакана.

1615554

Составитель В. Буткин

Техред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Редактор Е. Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3980 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5