Устройство для измерения расхода и направления движения потока жидкости

 

Назначение: изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено в нефтехимической, химической и энергетической промышленности. Оно предназначено для контроля технологических процессов, где необходимо одновременно контролировать величину и направление движения жидкости в гидравлических каналах. Сущность изобретения: устройство включает два размешенных в гидравлическом канале датчика неравновеликих электрических импульсов, расположенных друг от друга на угловом расстоянии, меньшем 180^o, в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала. Датчики присоединены через селектор амплитудных импульсов к триггеру Шмидта. На выходе последнего установлен интегрирующий блок с присоединенным к нему регистратором направления потока. Посредством данного устройства обеспечивается введение временного признака и уменьшается число амплитудных признаков, что позволяет повысить надежность работы устройства и точность измерений. 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при контроле технологических процессов, где необходимо одновременно контролировать величину и направление движения жидкости в гидравлических каналах.

Известно устройство для измерения расхода жидкости, содержащее вращающуюся турбинку, число оборотов которой соответствует измеряемому расходу [1] Число оборотов измеряется посредством постоянного магнита, укрепленного на валу турбинки и электроконтактного устройства, коммутируемого этим магнитом. Контактное устройство посылает в линию электрические импульсы, частота которых соответствует измеряемому расходу. Недостатком такого устройства является невозможность определения направления потока жидкости в стволе скважины вверх или вниз.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения расхода и направления движения жидкости [2] Оно включает 4-6 датчиков неравновеликих электрических импульсов, размещенных в гидравлическом канале, связанном с регистрирующим число импульсов прибором, регистратор направления потока. Причем датчики неравновеликих электрических импульсов установлены на валу турбинки с лопастями преобразователя расхода и направления движения жидкости устройства. За один оборот турбинки датчики позволяют получить несколько импульсов (по числу датчиков), убывающих или возрастающих по величине в зависимости от направления вращения турбинки. Таким образом возникает серия импульсов различной амплитуды, но одинаковой скважности. Направление течения жидкости при этом может быть определено или визуально на экране дисплея или автоматически. Число импульсов в единицу времени, как обычно, соответствует величине расхода.

Недостатки прототипа заключаются в следующем: относительно большое число датчиков импульсов, размещенных в одном сечении прибора, усложняет устройство и приводит к снижению его надежности. Кроме того, устройство не обладает достаточной точностью, т.к. основано на контроле амплитуды нескольких импульсов, отличающихся относительно небольшой дифференциацией амплитуд, что понижает надежность их селекции и счета.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и точности измерений.

Достигается это тем, что в устройстве для измерения расхода и направления движения потока жидкости, содержащем датчики неравновеликих электрических импульсов, размещенных в гидравлическом канале и связанные с регистрирующим число импульсов прибором, и регистратор направления потока, в гидравлическом канале размещены два датчика неравновеликих электрических импульсов, расположенных друг от друга на угловом расстоянии, меньшем 180^о, в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала, причем они приспособлены через селектор амплитуд импульсов и усилитель к индикатору временного интервала с триггером Шмидта, на выходе которого установлен интегрирующий блок с подсоединенным к нему регистратором направления потока.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются: 1. Размещение в гидравлическом канале только двух датчиков неравновеликих электрических импульсов; 2. Расположение датчиков неравновеликих электрических импульсов друг от друга на угловом расстоянии, меньшем 180^о, в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала; 3. Присоединение датчиков неравновеликих электрических импульсов к триггеру Шмидта.

4. Установка на выходе триггера Шмидта интегрирующего блока.

5. Присоединение к интегрирующему блоку регистратора направления потока.

На фиг. 1 показана форма сигналов в линии связи для известной А₁ и А₂, и для предлагаемого устройства В₁ и В₂; на фиг. 2 преобразователь расхода и направления течения жидкости в поперечном сечении; на фиг. 3 электрическая блок-схема устройства; на фиг. 4 последовательность преобразования сигналов в устройстве.

Устройство для измерения расхода и направления движения потока жидкости включает преобразователь расхода и направления и вторичный регистрирующий прибор.

Преобразователь расхода и направления движения жидкости состоит из корпуса 1 (неподвижной части) и вращающейся относительно корпуса 1 турбинки с лопастями 2 (подвижной части) с постоянным магнитом 3. На корпусе 1 размещены два датчика неравновеликих электрических импульсов 4 и 5. Угол между датчиками 4 и 5 составляет величину, меньше 180^о. Датчики и постоянный магнит размещены в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала.

Вторичный регистрирующий прибор состоит из: соединенной с датчиками 4, 5 через резисторы 6 и 7 линии связи 8, селектора амплитуд импульсов 9, источника питания 10, операционного усилителя 11 с автоматической регулировкой уровня выходного сигнала, резисторов 12, триггера Шмитта 13, интегрирующего блока 14, нулевой уровень выходного сигнала которого устанавливается потенциометром 15, регистратора направления потока 16, регистрирующего число импульсов прибора 17.

Причем гидравлический канал связан с прибором 17, а датчики 4 и 5 присоединены через селектор 9 и усилитель 11 к триггеру Шмидта 13. К блоку 14 присоединен регистратор направления потока 16.

Устройство работает следующим образом.

Постоянный магнит 3, вращаясь на валу турбинки 2, поочередно воздействует на датчики 4 и 5, вызывая появление в линии связи 8 при одном обороте турбинки двух импульсов разной амплитуды большого и малого. Разница амплитуд импульсов устанавливается выбором величины параметров элементов 6 и 7. Селектор амплитуды импульсов 9 из всей серии импульсов выделяет импульсы только большой величины, меняет их полярность и подает их на инверсный вход усилителя 11.

На другой вход этого усилителя подаются импульсы непосредственно с канала связи. Коэффициенты усиления по обоим входам усилителя 11 устанавливаются подбором величин обратных связей таким образом, чтобы обеспечить поступление на триггер Шмитта 13 разнополярных сигналов, форма которых отображена на фиг. 4, эпюры в, e, h, m. Резисторы 12 обеспечивают требуемый уровень выходного сигнала усилителя. При поступлении по линии связи 8 большого импульса триггер 13 будет опрокидываться в одну сторону, а при поступлении малого в другую. В результате на выходе триггера 13 направление будет иметь форму прямоугольной волны, с длительностью, определяемой скважностью импульсов с, фиг. 4, т.е. будет соответствовать времени между большим и малым импульсами (диаграмма С, фиг.4). При изменении направления потока, и, соответственно направления вращения турбинки изменяется скважность импульсов, т. е. изменится время между поступлением большого импульса и маленького (время t, фиг. 4). Соответственно изменяется соотношение длительности волн сигнала выходного напряжения триггера (диаграмма f, фиг.4).

Сравнивая диаграммы с и f, можно заключить, что изменение направления вращения вызывает изменение величины средней составляющей напряжения на выходе триггера. Посредством потенциометра 15 на выходе интегрирующего устройства 14 устанавливается "нулевое" положение, соответствующее отсутствию сигнала. Изменение направления потока жидкости и соответственно изменение ширины импульсов прямоугольной волны будет вызывать изменение полярности напряжения на выходе интегрирующего устройства 14, что отмечается указывающим и регистрирующим устройством 16. Устройство 17, присоединенное к выходу триггера 13, позволяет измерять и регистрировать частоту импульсов, поступающих по каналу связи 8, т.е. определять расход жидкости.

Измерение числа оборотов турбинки и соответственно расхода жидкости производится счетчиком 17.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ, содержащее датчики неравновеликих электрических импульсов, размещенные в гидравлическом канале, счетчик импульсов, регистратор направления потока и источник питания, отличающееся тем, что оно снабжено селектором амплитуд импульсов, операционным усилителем, триггером Шмидта и интегрирующим блоком, а в гидравлическом канале размещены два датчика неравновеликих электрических импульсов, расположенных друг от друга на угловом расстоянии, меньшем 180^o, в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала, причем выходы датчиков неравновеликих электрических импульсов через селектор амплитуд импульсов подключены к входу операционного усилителя, выход которого через триггер Шмидта подключен к входу счетчика импульсов и к одному из входов интегрирующего блока, выход которого соединен с входом регистратора направления потока, при этом выходы источника питания подключены к питающим входам селектора амплитуд импульсов, операционного усилителя и интегрирующего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4