Расходомер

 

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 пьезомодуля. 3 з.п. ф-лы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 F 1/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВедОмстВО сссР (ГОСПЛТЕНТ. СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

438А5 йа4%

ЯО1 ЕА

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4921120/10 (22) 25.03.91 (46) 30,04,93. БЮЛ. Рв 16 (76) Г.Г, БОлдырев и В.В. Власов (56) 1. Цейтлин В.Г. Техника измерений расхода и количества жидкостей, газов и паров.

М., 1968; с. 191.

2. Киясбейли А.Ш., Перельштейн M.Е;

В их ревые измерител ьные приборы. М., 1978, с. 151. (54) РАСХОДОМЕР (57) Использование: в технике измерения . параметров потоков энергоносителей,.СущИзобретение относится к области изме рительной техники, а именно к области измерения расхода.

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

Конструктивная схема расходоме ра приведена на фиг. 1,а.

Корпус 1 содержит специальный температурный карман 2, образованный муфтой 3 и гермопеналом 4. На основании 5 гермопенала 4 консольно закреплен измерительный преобразователь давления в виде биметаллического изгибного элемента 6 и сочлененной с ним по торцу 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 линейного расширения. Биморфная пьезокерамическая пластина 7 (фиг, 1,6) сочленена по торцу с биметаллической пласти„„5Q 1813201 АЗ ность 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 с меньшей величиной пьезомодуля, 3 з.п. ф-лы. 3 ил, 4 ной 6 таким образом, что в сторону набегающего потока обращена плоскость пьезокерамической пластины 7а с меньшей величиной и ьезомодуля.

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 соединен с выходом генератора импульсов высокой частоты (ГИИ) 19. Выход

1813201. 3 схемы И 18 соединен со входом счетчик импульсов 16, разрядййе выходы котараг через Буф.ЗУ 17 соединены со входами счет чика-интегратора 10.

Расходомер рабОтает следующим абра зом, Измеряемый поток рабочей среды по ступает по корпусу 1 расходомера в ег праточнуючасть и обтекает пьезакерамиче скую пластину 7. В каждой точке этой пла стины действует сила от набегающег пото ка: а расхода в сравнении с прототипом (3 ): в о прототипе Uo- Кт U»-з =0 и значительно. меньше Кб за счет отсутствия биморфного включения пьезакерамических измерительных пластин.

С ростом температуры измеряемой срео ды (фиг. 1,б) биметаллическая пластина 6 деформируется таким образом, чта укрепленная на ней пьезокерамическая пластина о "0 7 становится более перпендикулярной к патоку скорости (растет величина Я в формуле (2). Это происходит из-за того, чта в сторону набегающего патока обращена плоскость металлической компоненты 7а (фиг. 1б) с

15 меньшей величиной пьезомодуля,. В свою очередь, увеличение эффективной площади

З пьеэопластины 7 приводит к тому, что при действии того же самого расхода величина силы Fn будет больше, а значит, и больше

20 будет изменение (Яэ-зэ от начального U .

Это соответствует той логике измерения расхода, когда, например, горячая вода до-. ро>ке холодной и при постоянстве расхода величина Ъ-ъ для холодной воды больше, 25 чем для горячей, т.е. изменение 02э-зэ от Up у горячей воды больше. Естественно, что коэффициент крутизны Кбэ. равно как и степень температурной деформации биметаллической пластины 6, должны подбираться, 30 исходя из зкономических показателей стоимости измеряемой среды с учетом температурных поправок.

На фиг. 3 приведена функциональная схема вторичного прибора, Напряжение с выходных электродов 2э, Зэ бимарфнага элемента подается на вход БИ12 и инвертируется. Компаратар 13 сравнивает это инвертированное напря>кение с линейно нарастающим ГЛИН 14, На выходе К13 фар40 мируется импульс с временной длительностью, пропорциональной выходному напряжению 02э-зз бимарфнага элемента, т.е. пропорциональной усилию Fn, и, в конечном итоге, расходу измеряемой среды

45 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

50 "пачкой" импульсов посредством. "нуль-импульса" от СДЦ 15. Каждая предыдущая

"пачка" импульсов остается запомненной буферным ЗУ 17 и обновляется после каждого выделенного кванта времени. Счетчик55 интегратор 10 может быть электромеханическим, электронным, магнигде р — плотность жидкости, кг/мз;

Vl — кантинуальная скорость патока среды, м/с.

Величийа полной силы на пластину 7 может быть вычислена по формуле интеграла: где Sg- площадь проекции пластины 7 на плоскость:, ортогональную оси симметрии трубопровода.

Чем больше расход измеряемой среды

Qn, тем больше и континуальная скорость Чь и, соответственно, тем больше полная сила

Fn, действующая на пьезопластину 7.

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

02э-зэ=0»-зэ Кт Кбэ Fn (3) где 0»-зэ — напряжения возбуждения на электродах 1э, Зэ биморфного элемента; Кт — коэффициент трансформации биморфного элемента; Кб — коэффициент крутизны биморфного элемента па ортогональному усилию, B/H.

Произведение 01э-зэ Kt=Up показывает начальную величину выходного напряже-ния бимарфного элемента при отсутствии .расхода (Fn=0). Величина Кбэ показывает чувствительность биморфного элемента при воздействии поперечного ортогонального усилия. Эксперименты показывают, что Кь больше в ом случае, когда бимарф- наА пластина работает на разгибание, т.е. когда в сторону набегающего измеряемого потока обращена плоскость пьезоэлектрической пластины с меньшей величиной пьезомодуля. Отметим здесь же и основную причину увеличения точности измерения

Ц ГИЯ1= >2 О ЧйЯ1,(2)

Sg Sg таполупроводниковым и основная ега функция — суммирование во времени количества поступивших на вход импульсов, т.е. выдача

1813201 информации о расходе, либо стоимости оТ- стороной с меньшим коэффициентомтемпепущенного энергоносителя. ратурного расширения.

3. Расходомер по пп. 1 и 2, о т л и ч а юФ о р мул а и зоб р ете н и я . щи и с я тем, что биморфная пьезокерами1. Расходомер, содержащий изгибный 5 ческая пластина ориентирована навстречу элемент с первым и вторым концами, уста- потоку частью с меньшей величиной пьезонсвленный в трубопроводе, обтекаемый модуля. элемент, скрепленный с изгибным элемен- . 4. Расходомер по пп, 1-3, о т л и ч а ю— том, и вторичный прибор, о т л и ч э ю щ и й- -шийся тем, что вторичный прибор содерс я тем, что, с целью повышения точности 10 жит блок возбуждения, выход которого сое. измерения путем учета влияния температу-:- динен с входными электродами биморфной ры рабочей среды, в нем изгибный элемент пьезакерамической пластины, блок инвервыполнен биметаллическим, обтекаемый тирования, вход которого соединен с выходэлементвыполнен в виде биморфной пьезо- ными . электродами: биморфной керамической пластины с входными и вы- 15 пьезокерамической пластины, выход блока ходными электродами, при этом первый инвертирования соединен с первым входом конец биметаллического изгибного элемен- компаратора, второй вход которого соединен тазакрепленвстенкетрубопровода,второй с выходом генератора напряжения и через .конец его скреплен с торцом биморфной дифференцирующую цепочку — с установочпьезокерамической пластины. а входные и 20 ными входамисчетчикаимпульсовибуферновходные электроды биморфной пьезокера- гозапоминающегоустройства, причем выход мической пластины соединены с вторичным компаратора соединен с первым входом лоприбо ром. гической схемы И, второй вход которой сое2. Расходомер поп. 1, отличаю щий- динен с выходом генератора импульсов с я тем, что стенки трубопровода выполнены 25 высокой частоты, а выход логической схемы с образованием кармана вместезакрепления И соединен с входом счетчика импульсов, первого конца биметаллического изгибного разрядные импульсы которого через буферэлемента, при этом биметаллический изгиб- ноезапоминающееустройствосоединеныс ный элемент ориентирован навстречу потоку входами счетчика-интегратора.

1813201

Составитель В.Власов

Техред М.Моргентал

Корректор H.Ревская

Редактор

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

Заказ 1595 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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