Устройство для измерения параметров потока жидкости

 

Использование: в технике измерения расхода и давления пульсирующих потоков жидкости, создаваемых объемными насосами. Сущность изобретения: манометрический блок последовательно соединен с индукционным первым преобразователем и первым входом регистрирующего устройства. Цепь последовательно соединенных конденсатора, усилителя с закрытым входом, преобразователя частота - напряжение соединена с вторым входом регистрирующего устройства. Первые входы регистрирующего устройства и усилителя объединены. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим одновременное измерение расхода и давления пульсирующих потоков рабочей жидкости, создаваемых объемными насосами, например аксиально-поршневыми, шестеренными, пластинчатыми и т.д., и основано на гидродинамическом принципе, устанавливающем взаимосвязь между пульсацией потока (расхода) и давления (см. кн. Т.М. Башта. Гидроприводы и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972, с. 42-48; Т.М. Башта. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М. : Машиностроение, 1974, с. 121-123, журнал "Olhydraulik und Pneumatik", 1980, N 7, с. 534-538).

Основываясь на этом принципе, из частотного спектра пульсирующего потока (расхода) и давления, создаваемых насосом, можно выделить гармоники, определяющие периодичность работы (подачи) рабочих камер насоса (плунжерную частоту), и по ним определять величину расхода.

Известно устройство для измерения расхода пульсирующего потока рабочей жидкости (см. а.с. СССР N 1000782, кл. G 01 F 1/32), имеющее датчик - обтекаемое тело, преобразователь частоты, усилитель и измеритель частоты.

Недостатком такого устройства является сложность размещения в трубопроводе датчика - обтекаемого тела, небольшая мощность выходного сигнала, характеризующего частоту пульсации расхода, ограниченность области применения в гидросистемах с упомянутыми насосными установками (НУ), а также сложность реализации электрической схемы передачи информации на регистрирующую аппаратуру. Кроме того, упомянутое устройство не позволяет осуществлять синхронное измерение расхода и давления пульсирующего потока рабочей жидкости.

Указанные недостатки частично устранены в устройстве для измерения расхода и давления рабочей жидкости (см. а.с. СССР N 277293, кл. G 01 F 1/10), которое имеет датчик расхода, выполненный в виде ротора с индукционным узлом съема сигнала, манометрический блок с индукционным преобразователем и вторичный прибор.

Недостатком данного устройства является сложность схемы, ограниченность области применения, особенно при измерении расходов в потоках с высокочастотной пульсацией давления из-за инерционности ротора расходомера, измеряющего интегральную величину расхода, и большой постоянной времени манометрического блока, что не позволяет выделить из упомянутого частотного спектра и зарегистрировать на вторичном приборе гармоники, определяющие периодичность работы (подачи) рабочих камер насоса (плунжерную частоту), по которым можно определить производительность насоса.

Целью изобретения является повышение надежности измерения расхода и давления пульсирующих потоков жидкости.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения параметров потока жидкости, содержащем манометрический блок с индукционным первым преобразователем, соединенным с первым входом вторичного регистрирующего прибора, и второй преобразователь, включающий блок формирования сигнала расхода жидкости, соединенный с вторым входом вторичного регистрирующего прибора, в него введен усилитель-генератор с зашунтированным емкостью выходом, блок формирования сигнала расхода выполнен в виде последовательно соединенных усилителя с закрытым входом и преобразователя частота-напряжение, при этом манометрический блок соединен с первым входом вторичного регистрирующего прибора через усилитель-генератор с зашунтированным выходом, а первый вход вторичного регистрирующего прибора соединен с усилителем с закрытым входом.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для измерения параметров потока жидкости.

Устройство сформировано из индукционного датчика 1, состоящего из манометрического блока с катушками К1 и К2, являющимися частью индукционного первого преобразователя усилителя-генератора 2, с зашунтированным емкостью 3 выходом, и через линию 6 соединенного с первым входом вторичного регистрирующего прибора 7, а также второго преобразователя (блока формирования сигнала расхода жидкости), включающего в себя усилитель 4 с закрытым входом и преобразователь частота-напряжение 5, подключенного к второму входу вторичного регистрирующего прибора 7.

В конструкцию индукционного датчика (см. фиг. 2) входят следующие элементы. Чувствительный элемент датчика - мембрана 8 (манометрический блок), приваренная к корпусу 9 и основанию 10. К основанию 3 крепится магнитопровод 11 с катушками 12 (катушки К1 и К2 на фиг. 1 и 2а). Сверху на магнитопровод навертывается колпачок 13. Магнитопровод и колпачок контрятся с помощью гаек 14. На колпачок 13 приклеивается компенсационная катушка 15 с контактами 16 и прокладкой 17. К контактам 16 приваpиваются выводы катушек магнитопровода 11, провода 18 и внутренняя нагрузка 19 датчика. Провода заключены в экран 20. Сверху датчик закрывается кожухом 21.

Процесс синхронной передачи информации от датчика о расходе и давлении осуществляется следующим образом.

Индукционный датчик 1 как высокочастотная электродинамическая система передает из зоны измерения во внешнюю цепь спектр сигналов, из которых выделяется основная составляющая пульсирующего давления и составляющая плунжерной частоты, характеризующая пульсацию потока (расхода).

В данном устройстве катушки К1 и К2 (см. фиг. 2а) работают по принципу дифференциального трансформатора, первичные обмотки которого включены по мостовой схеме и питаются от усилителя-генератора 2 (подводящие линии связи к напряжению 6 В, 12 кГц условно не показаны).

Работа датчика в составе данного устройства осуществляется следующим образом. Вследствие изменения режимов функционирования потребителей энергии происходит взаимосвязанное изменение производительности и давления НУ. При этом в линии нагнетания возникает изменяющееся пульсирующее давление, вызывающее прогиб мембраны 8 и соответствующее изменение воздушного зазора δмежду ее поверхностью и магнитопроводом 11. Величина прогиба определяется интегральным (осредненным) значением пульсирующего давления. В зависимости от этого зазор δопределяет величину напряжения U_и, возникающего на контактах 16 датчика.

Одновременно с этим мембрана 8 совершает колебания относительно упомянутого прогиба (соответственно зазора δс более высокой частотой, которая соответствует частоте работы плунжеров НУ, в результате чего во внешней цепи датчика создается высокочастотная составляющая переменного напряжения U_пл, которая накладывается на гармонику напряжения U_и. Таким образом на усилитель-генератор 2 (см. фиг. 1) от датчика поступает напряжение, векторная форма которого может быть представлена как = + , уже несущая в себе информацию о давлении U_и и расходе U_пл. С помощью усилителя-генератора 2 данное напряжение, амплитуда которого пропорциональна входному давлению, создаваемому насосной установкой, преобразуется с одновременным усилением в соответствующее напряжение постоянного тока - + . Для защиты полученного сигнала от высокочастотных помех в схеме используется шунтирующая емкость 3.

Далее из электрического сигнала, передающего информацию о давлении и расходе от датчика 1 к регистрирующему устройству с помощью усилителя 4 с закрытым входом, выделяется и усиливается напряжение, частота которого равна плунжерной частоте (пульсации потока U_-пл) и передается на преобразователь частота-напряжение 5, где пропорционально преобразуется в аналоговый сигнал, передаваемый на вход регистрирующего прибора 7, и воспроизводится (визуально или графически) в виде величины расхода.

Информация о пульсации давления (U_-и), выделенная из частотного спектра сигнала, подается от усилителя-генератора 2 по линии 6 непосредственно на вход регистрирующего устройства 7 и воспроизводится (визуально или графически) в виде величины давления.

При осциллографической записи (см. фиг. 3) сигнала по каналу измерения интегрального значения давления (см. фиг. 3а и фиг. 1 элементы схемы 3, 6) с помощью данного устройства составляющая напряжения U_-пл, характеризующая расход, трудно считывается с осциллограммы, так как мала по амплитуде и велика по частоте.

На диаграмме (фиг. 3б) римскими цифрами I, II и III обозначены характерные участки, соответствующие изменению режимов работы насосной установки. I - соответствует максимальной величине интеграль- ного давления, пропорционального напряжению U_-и. При этом частота изменения U_-пл имеет минимальное значение. II - соответствует промежуточному значению упомянутых величин, а III - соответствует мини- мальной величине U_-и и максимальной частоте изменения U_-пл.

С целью воспроизведения текущего значения измеряемого расхода необходимо составляющую U_-пл увеличить по амплитуде и преобразовать к виду, удобному для регистрации. Эта задача решается по каналу измерения расхода (фиг. 1, элементы схемы 4, 5) с помощью усилителя 4 с закрытым входом, на выходе которого воспроизводятся упомянутые гармоники, но усиленные по амплитуде U_-пл - kU_-пл (см. также фиг. 3б, на котором обозначено m - количество плунжеров насосной установки и T_m - период обращения блока плунжеров, 1,2...5 - количество импульсов (плунжерная частота) за период Т_m, что дает возможность с помощью преобразователя частота-напряжение 5 получить сигнал в виде напряжения, пропорциональный текущему значению расхода, а записать его в виде, представленном на фиг. 3в, где I, II, III - соответствуют аналогичным участкам фиг. 3а и 3б.

Процесс синхронного контроля и измерения расхода и давления поршневой (плунжерной) НУ с помощью предлагаемого устройства, включающего в себя индукционный датчик, иллюстрируется диаграммой, представленной на фиг. 3г, где Q и Р - соответственно кривые текущего значения расхода и давления.

Использование индукционного датчика давления в качестве чувствительного элемента устройства для измерения параметров потока жидкости позволяет осуществлять синхронное измерение расхода и давления, существенно упростить структуру устройства, увеличить объем получаемой информации и значительно расширить функциональные возможности индукционных датчиков, что даст значительную экономию в народном хозяйстве. Экономическая оценка показывает, что за счет применения серийных индукционных датчиков давления затраты на реализацию аналогичного устройства могут быть снижены на 15-17%.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ЖИДКОСТИ, содержащее манометрический блок с индукционным преобразователем, соединенным с первым входом вторичного регистрирующего прибора, и второй преобразователь, включающий блок формирования сигнала расхода жидкости, соединенный с вторым входом вторичного регистрирующего прибора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности измерения расхода и давления пульсирующих потоков жидкости, в него введен усилитель-генератор с зашунтированным емкостью выходом, блок формирования сигнала расхода выполнен в виде последовательно соединенных усилителя с закрытым входом и преобразователя частота-напряжение, при этом манометрический блок соединен с первым входом вторичного регистрирующего прибора через усилитель-генератор с зашунтированным выходом, а первый вход вторичного регистирующего прибора соединен с усилителем с закрытым входом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3