Способ измерения объемного расхода жидкости и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к области измерения расхода жидкости и может быть использовано при проверке и регулирования масляных насосов раздельных систем смазки двухтактных двигателей. Сущность изобретения: пропускают жидкость через измерительный объем, перемещают ряд отметок в направлении перемещения поверхности жидкости, устанавливают скорость их перемещения, равной скорости перемещения поверхности жидкости, и измеряют ее величину, по которой определяют величину расхода. Кроме того перемещают второй ряд отметок со скоростью, отличной от первого ряда, совмещают скорость перемещения интервала между отметками первого и второго ряда со скоростью перемещения поверхности жидкости, измеряют скорость движения второго ряда. Дано устройство, реализующее способ. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерения расхода жидкости, в частности к измерению объемных подач насосов, и может быть использовано при проверке и регулировании масляных насосов раздельных систем смазки двухтактных двигателей.

Известны способ и устройство измерения объемного расхода жидкости путем пропускания ее через измерительный объем, включающий измерение скорости перемещения поверхности жидкости относительно отметок [1] Измерение скорости перемещения поверхности жидкости относительно отметок производится путем измерения периода времени между моментами прохождения двух фиксированных отметок, между которыми заключен измерительный объем, поверхностью жидкости.

Недостатками известного способа являются низкие оперативность и точность измерения. Низкая оперативность измерения связана с наличием паузы ожидания между моментами прохождения двух фиксированных отметок поверхностью жидкости, а низкая точность обусловлена суммированием погрешностей измерения времени, объема и фиксации моментов прохождения двух фиксированных отметок поверхностью жидкости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности являются способ и устройство измерения объемного расхода жидкости путем пропускания ее через измерительный объем, включающий измерение скорости перемещения поверхности жидкости относительно ряда отметок.

Известное устройство включает измерительный объем с прозрачнымистенками, шкалу с отметками, расположенную вдоль стенок измерительного объема и измеритель скорости [2] Недостатком известных способа и устройства являются низкие оперативность и точность измерения.

Низкая оперативность связана с наличием паузы ожидания истечения установленного объема замера (1 мин), а низкая точность обусловлена суммированием погрешностей отсчета времени и объема жидкости.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение оперативности и точности измерения.

Это достигается тем, что в способе, включающем пропускание жидкости через измерительный объем и измерение скорости перемещения поверхности жидкости относительно ряда отметок, по которой определяют величину расхода, для измерения скорости, перемещают ряд отметок в направлении перемещения поверхности жидкости, устанавливают скорость перемещения ряда отметок равной скорости перемещения поверхности жидкости и измеряют ее величину. Также поставленная цель достигается тем, что дополнительно перемещают второй ряд отметок в направлении перемещения поверхности жидкости, устанавливают скорость его перемещения отличной от скорости перемещения первого ряда на интервал, равный относительной величине допуска на погрешность измерения объемного расхода, совмещают скорость перемещения полученного интервала со скоростью перемещения поверхности жидкости и измеряют скорость движения второго ряда.

Поставленная цель в устройстве, содержащем измерительный объем с прозрачными стенками, шкалу с рядом отметок и измеритель скорости, достигается тем, что оно снабжено регулируемым приводом, а шкала выполнена подвижной и соединена с измерителем скорости, преимущественно, через регулируемый привод, а также тем, что оно снабжено второй подвижной шкалой, связанной с регулируемым приводом, причем обе шкалы связаны с приводом через передаточные механизмы с различными передаточными отношениями, тем, что передаточные механизмы выполнены в виде приводных шкивов, подвижные шкалы выполнены в виде приводных ремней бесконечной длины, а ряды отметок расположены на их наружных поверхностях, при этом относительная разность диаметров приводных шкивов равна относительной величине допуска на погрешность измерения расхода или приводные шкивы соединены с регулируемым приводом посредством редукторов, относительная разность передаточных чисел которых равна относительной величине допуска на погрешность измерения расхода, а диаметры приводных шкивов равны между собой. Поставленная цель достигается также и тем, что ряды отметок выполнены на наружных поверхностях реек конечной длины, соединенных с регулируемым приводом с возможностью возвратного перемещения, при этом рейки установлены с возможностью вывода из зацепления с приводом, рейки соединены с регулируемым приводом через возвратную муфту, а привод выполнен с обеспечением обратного хода.

На фиг. 1 показана схема устройства с одной шкалой в виде приводного ремня; на фиг. 2 схема устройства с двумя шкалами в виде приводных ремней бесконечной длины; на фиг.3 схема устройства с двумя шкалами в виде приводных ремней бесконечной длины; на фиг.4 схема устройства со шкалой в виде рейки конечной длины.

Устройство, изображенное на фиг.1, содержит измерительный объем 1 с прозрачными стенками. Нижняя часть измерительного объема 1 с помощью трубки 2 присоединена к системе, в которой измеряется объемный расход 3 с визуально различной линией 4 поверхности. Вдоль стенок измерительного объема 1 расположен приводной ремень 5 бесконечной длины с выполненным на его наружной поверхности рядом отметок 6. Приводный ремень /может быть гладким или зубчатым, в поперечном сечении плоским, клиновидным, круглым и др./ 5 соединен со шкивом 7 привода 8 и с измерителем 9 скорости. Привод 8 представляет собой в общем случае двигатель /электрический, гидравлический и др./ с регулируемой частотой вращения и может быть снабжен редуктором, обеспечивающим необходимое изменение частоты вращения; измерителем 9 скорости может служить тахометр /измеритель частоты вращения/, шкала которого может быть проградуирована в единицах объемного расхода. Связь приводного ремня 5 с измерителем 9 скорости может быть непосредственная, через шкив 7 /показаны штриховыми линиями/ или через привод 8 /показана основной линией/.

Отличие устройства, изображенного на фиг.2, состоит в следующем.

Трубка 2 присоединена к системе, в которой измеряется объемный расход жидкости 3, через диафрагменный разделитель 10 с установленной в нем вялой диафрагмой 11, герметично разделяющей полости 12 и 13. Вялость диафрагмы, т. е. отсутствие сопротивления при ее перемещениях, обеспечена за счет установки ее с напуском в средней части, позволяющим ей перемещаться в пределах полости разделителя 10 при отсутствии деформаций растяжения. Разделитель 10 может быть расположен как вертикально (см. фиг.2), так и горизонтально или наклонно. Полость 12 разделителя 10, соединенная трубкой 2 с измерительным объемом 1, заполнена цветной /например, голубой/ индицирующей жидкостью 14, обладающей малой адгезией /низким смачиванием/ к стенкам измерительного объема 1 /например, подкрашенной водой/. Полость 13 разделителя 10 присоединена к системе, в которой измеряется объемный расход жидкости 3. Вдоль стенок измерительного объема 1 расположены два приводных ремня 5' и 5'' бесконечной длины с выполненными на их наружных поверхностях рядами отметок 6' и 6''. Приводные ремни 5' и 5'' соединены со шкивами 7' и 7'' привода 8, имеющими различные диаметры, причем выполняется соотношение: где ΔD=Dʺ-Dʹ, м; D' диаметр шкива 7', м D'' диаметр шкива 7'', м; ΔQ=(Q_max-Q_min) абсолютная величина допуска на погрешность объемного расхода Q, м³/с; Q_max наибольшее допустимое значение величины Q, м³/с;
Q_min наименьшее допустимое значение величины Q, м³/с;
Передаточные числа i'=i''
где:

частота вращения шкива 7', мин^-1;

-частота вращения шкива 7'', мин^-1,
Отличие устройства, изображенного на фиг.3, состоит в следующем.

Приводные ремни 5' и 5'' соединенные со шкивами7' и 7'' одинакового диаметра. Шкивы 7' и 7'' приводятся во вращение от привода 8 через зубчатые пары 15' и 15' /редуктор/, имеющие различные передаточные числа. За счет разницы передаточных чисел передач 15' и 15'' обеспечена разница передаточных чисел от привода 8 к шкивам 7' и 7'' причем обеспечивается соотношение:

где
Δi=iʺ-iʹ,

Отличие устройства, изображенного на фиг.4 состоит в следующем.

Вдоль стенок измерительного объема 1 расположена рейка 16 конечной длины с выполненным на ее наружной поверхности рядом отметок 6. Рейка /может быть гладкой, фрикционной, зубчатой и др./ 16 соединена со шкивом /фрикционным, зубчатым или др./ 7', который через возвратную муфту 17, снабженную пружиной 18, соединен с приводом 8. Возможность возвратного перемещения рейки 16 в исходное положение может быть обеспечена, при отсутствии возвратной муфты 17 с пружиной 18, за счет другой конструктивной возможности вывода из зацепления рейки 16 со шкивом 7 /например, за счет наличия возможности приподнять рейку 16 над шкивом 7/ или за счет наличия возможности обратного хода привода 8 /например, если для привода использовать электродвигатель, который в выключенном состоянии можно свободно вращать в обратную сторону/.

Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом.

Жидкость 3, расход которой измеряется, непрерывно поступает через трубку 2 в нижнюю часть измерительного объема 1 и постепенно заполняют его. Это сопровождается перемещением вверх линии 4 поверхности жидкости 3, скорость которой пропорциональна величине объемного расхода жидкости:

где
V скорость движения линии 4 поверхности жидкости 3, м/с;
F площадь поперечного сечения измерительного объема 1, м²
Q объемный расход жидкости 3, м³/с.

Здесь 1/F коэффициент пропорциональности, который является конструктивной величиной. При постоянстве поперечного сечения измерительного объема 1 величина 1/F const.

Для измерения скорости движения линии 4 поверхности жидкости 3 включают привод 8, который приводит во вращение шкив 7 и через него приводной ремень 5, прямолинейный участок которого с рядом отметок 6 перемещается вдоль стенок измерительного объема 1 в направлении перемещения линии 4. С помощью регулятора устанавливают частоту вращения двигателя привода 8 такой, чтобы скорость движения ряда отметок 6 /приводного ремня 5/ сравнялась со скоростью движения линии 4 поверхности жидкости 3 /визуально сравнивают движение линии 4 и ближайшей к ней отметки 6/. Для перевода показаний измерителя 9 скорости в единицы объемного расхода используют зависимость /4/, которая выводится из выражения /3/:
Q F · V, м³/с,
где:
V скорость движения линии 4 поверхности жидкости 3 и ряда отметок 6 /приводного ремня 5/, м/с.

В случае, если измерителем 9 скорости служит тахометр, его показания переводятся в единицы объемного расхода из выражения:

где:
π ≈ 3,142;
D диаметр шкива 7, м;

n_тах частота вращения тахометра 9, мин^-1;
n_шк частота вращения шкива 7, мин^-1.

В случае, если тахометр 9 соединен с двигателем привода 8, то n_тах=n_дв, /передаточное число/,
где
n_дв частота вращения двигателя привода 8, мин^-1;
если тахометр 9 соединен со шкивом 7, то n_тах=n_шк, i=1.

Описанные способ измерения объемного расхода жидкости и устройство для его осуществления, изображенное на фиг.1, можно использовать при регулировании объемной подачи насоса на заданную величину. Для этого с помощью регулятора устанавливают частоту вращения двигателя привода 8 такой, чтобы скорость движения ряда отметок 6 /приводного ремня 5/ соответствовала объемному расходу равному заданной величине объемной подачи насоса /определяют по показанию тахометра 9/. После этого регулируют объемную подачу насоса таким образом, чтобы скорость движения ряда линии 4 поверхности жидкости 3 сравнялась со скоростью движения ряда отметок 6 /приводного ремня 5/ при этом визуально сравнивают движения линии 4 и ближней к ней отметки 6.

Устройство, изображенное на фиг.2, действует следующим образом /отличия. /
Жидкость 3, расход которой измеряется, непрерывно поступает в полость 13 разделителя 10 и, постепенно заполняя ее, деформирует /перемещает, взятую диафрагму 11 в сторону полости 12. При этом индицирующая жидкость 14 вытесняется диафрагмой 11 из полости 12 через трубку 2 в измерительный объем 1 /в нижнюю его часть/. Для измерения скорости движения линии 4 поверхности индицирующий жидкости 14 включают двигатель привода 8, который приводит во вращение шкивы 7' и 7'' с одинаковой частотой вращения.

Через шкивы 7' и 7'' приводятся во вращение приводные ремни 5' и 5'' бесконечной длины. С помощью регулятора устанавливают частоту вращения двигателя привода 8 такой, чтобы скорость движения ряда отметок 6' /приводного ремня 5'/ была ниже, а отметок 6'' /приводного ремня 5''/ выше скорости движения линии 4 поверхности индицирующей жидкости 14 /визуально сравнивают движение линии 4 с движениями ближайших к ней отметок 6' и 6''/. По показаниям измерителя скорости /тахометра/ и в соответствии с приведенными выше выражениями /5/ и /6/ определяют значение объемного расхода жидкости 3 с относительным отклонением от действительного значения в пределах заданного допуска.

Отличие использования устройства, изображенного на фиг.2, при регулировании объемной подачи насоса на заданную величину состоит в следующем.

С помощью регулятора устанавливают частоту вращения двигателя привода 8 такой, чтобы скорость движения ряда отметок 6' /приводного ремня 5'/ соответствовала наименьшему допустимому значению объемной подачи насоса, а ряда отметок 6'' /приводного ремня 5''/ наибольшему. После этого регулируют объемную подачу насоса таким образом, чтобы скорость движения линии 4 поверхности индицирующей жидкости 14 стала больше, чем у ряда отметок 6' /приводного ремня 5',/ и меньше, чем у ряда отметок 6'' /приводного ремня 5''/ при этом визуально сравнивают движение линии 4 с движениями ближайших к ней отметок 6' и 6''.

После наполнения измерительного объема 1 перед проведением последующих измерений объемного расхода его опорожняют путем слива через трубу 2. Применение индицирующей жидкости 14 благодаря наличию разделителя 10 обеспечивает быстрое и полное ее стекание со стенок объема 1 при его опорожнении /за счет малой адгезии этой жидкости к стенками объема 1/, что исключает внесение дополнительной погрешности в последующие измерения. Это относится к измерениям расхода жидкостей 3, имеющих повышенную адгезию к стенкам емкости 1, например, масел.

Устройство, изображенное на фиг.3, действует аналогично изображенному на фиг.2.

Отличие в работе устройства, изображенного на фиг.4, состоит в возврате рейки 16 конечной длины в исходное положение после прихода ее в конечное /верхнее/ положение.

Использование изобретений повышает оперативность и точность измерений объемного расхода жидкости, в том числе при проведении проверки и регулирования объемных подач масляных насосов, особенно в условиях массового производства, что позволяет получить экономический эффект.

Формула изобретения

1. Способ измерения объемного расхода жидкости, включающий пропускание ее через измерительный объем и измерение скорости перемещения поверхности жидкости относительно ряда отметок, по которой определяют величину расхода, отличающийся тем, что для измерения скорости перемещают ряд отметок в направлении перемещения поверхности жидкости, устанавливают скорость перемещения ряда отметок равной скорости перемещения поверхности жидкости и измеряют ее величину.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно перемещают второй ряд отметок в направлении перемещения поверхности жидкости, устанавливают скорость его перемещения отличной от скорости перемещения первого ряда на интервал, равный относительной величине допуска на погрешность измерения объемного расхода, совмещают скорость перемещения полученного интервала со скоростью перемещения поверхности жидкости и измеряют скорость движения второго ряда.

3. Устройство для измерения объемного расхода жидкости, содержащее измерительный объем с прозрачными стенками, шкалу с рядом отметок, расположенную вдоль стенок измерительного объема, и измеритель скорости, отличающееся тем, что оно снабжено регулируемым приводом, а шкала выполнена подвижной и соединена с измерителем скорости преимущественно через регулируемый привод.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно снабжено второй подвижной шкалой, связанной с регулируемым приводом, причем обе шкалы связаны с приводом через передаточные механизмы с различными передаточными отношениями.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что передаточные механизмы выполнены в виде приводных шкивов, подвижные шкалы выполнены в виде приводных ремней бесконечной длины, а ряды отметок расположены на их наружных поверхностях.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что относительная разность диаметров приводных шкивов равна относительной величине допуска на погрешность измерения объемного расхода жидкости.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что приводные шкивы соединены с регулируемым приводом посредством редукторов, относительная разность передаточных чисел которых равна относительной величине допуска на погрешность измерения объемного расхода жидкости, при этом диаметры приводных шкивов равны между собой.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что ряды отметок выполнены на наружных поверхностях реек конечной длины, соединенных с регулируемым приводом с возможностью возвратного перемещения.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что рейки конечной длины установлены с возможностью вывода из зацепления с приводом.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что рейки конечной длины соединены с регулируемым приводом через возвратную муфту.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что привод выполнен с возможностью обеспечения обратного хода преимущественно в выключенном состоянии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4