Устройство для измерения расхода диэлектрических жидкостей

 

Использование: изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения расхода диэлектрических жидкостей в трубопроводе. Сущность изобретения: устройство содержит: датчик, состоящий из диэлектрического корпуса, проточной и непроточной камер, внутри которых расположены электроды, соединенные между собой через один в две группы в каждой камере и образующие конденсаторы, подключенные к дифференциальным входам двух усилителей и через диоды, включенные в прямом направлении, соединенные с разнополярными выходами генератора импульсов, а выходы усилителей соединены с дифференциальными входами третьего усилителя, выход которого подключен к блоку преобразования и выдачи информации. 3 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения расхода диэлектрических жидкостей в трубопроводе.

Известно устройство для измерения расхода жидкости, состоящее из ячейки прямоугольной формы, две противоположные стенки которой образованы рабочими электродами, измерительного электрода, а также источника высокого напряжения и измерителя тока. Стенки проточной ячейки расположены под углом друг к другу таким образом, что образуют канал, сужающийся в сторону измерительного электрода, выполненного в виде сетки, размещенной перпендикулярно к оси канала [1] Недостатком устройства является низкий динамический диапазон измерения расхода жидкости и невысокая чувствительность.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для измерения расхода диэлектрических жидкостей, содержащее датчик расхода, выполненный в виде корпуса из диэлектрического материала, в котором имеется проточная камера с проходным сечением прямоугольной формы с установленной на ее противоположных стенках парой электродов, источник напряжения и измерительный прибор [2] Недостатком известного устройства является низкая чувствительность и диапазон измерения.

Техническим результатом изобретения является расширение динамического диапазона измерения и повышение чувствительности устройства.

Это достигается тем, что датчик расхода снабжен непроточной камерой с проходным сечением прямоугольной формы и парами электродов, установленных идентично на противоположных стенках проточной и непроточной камер, а устройство снабжено генератором разнополярных импульсов, четырьмя диодами, тремя усилителями и блоком преобразования и выдачи информации, при этом одни электроды каждой пары подключены к общей шине, а другие электрически соединены через один в две группы в каждой камере, выводы групп противолежащих электродов в проточной и непроточной камерах подключены к дифференциальным входам первого и второго усилителей и через диоды, включенные в прямом направлении, к разнополярным выходам генератора импульсов, выходы первого и второго усилителей подключены к дифференциальным входам третьего усилителя, выход которого соединен с входом блока преобразования и выдачи информации.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 эквивалентная электрическая схема соединения распределенных конденсаторов; на фиг. 3 - распределение зарядов конденсаторов: а при отсутствии потока, б при наличии потока.

Датчик расхода диэлектрической жидкости состоит из диэлектрического корпуса 1, внутри которого имеются проточная 2 и непроточная 3 камеры. На стенках корпуса выполнены электропроводящие электроды 4, 5, 6. Они расположены друг над другом, и каждая пара электродов 4, 6 и 5, 6 образует конденсаторы, расстояние между обкладками которых заполнено диэлектрической жидкостью, расход которой определяется. Все электроды 6, расположенные на диэлектрической перемычке корпуса, разделяющей проточную и непроточную камеры, электрически соединены между собой. Электроды 4 соединены параллельно между собой в две группы, причем соединение осуществлено так, что соседние электроды входят в состав разных групп. Аналогично в две группы соединены электроды 5. В результате такого соединения получаются четыре распределенных конденсатора, показанные на фиг. 2. В двух из них диэлектрик перемещается со скоростью, зависящей от расхода жидкости (C1 и C3), а в оставшихся двух других (C2, C4) диэлектрик неподвижный. Одна из групп электродов, находящихся в проточной камере (C1) и в непроточной камере (C2), через диоды VD1, VD2 подключены к выходу генератора импульсов 7. Причем диоды установлены так, что для полярности импульсов, снимаемой с данного выхода генератора, они включены в прямом направлении. Вторые группы электродов, находящиеся в проточной и непроточной камерах, через диоды, включенные в другом направлении (VD3, VD4), подключены ко второму выходу генератора импульсов 7, с которого снимаются импульсы другой (отрицательной) полярности.

Группы электродов 4, 5 (фиг. 1), находящиеся в проточной и непроточной камерах, подключены ко входам дифференциальных усилителей 8, 9 так, что напряжение на их выходах пропорционально разности электрических зарядов, имеющихся на электродах, расположенных в проточной и непроточной камерах. На выходе усилителя 8 будет присутствовать сигнал, пропорциональный разности напряжений U1, U2, а на выходе усилителя 9 сигнал, пропорциональный разности напряжений U3, U4 (фиг. 3).

Выходы дифференциальных усилителей 8, 9 подключены к дифференциальному входу усилителя 10, выполняющего роль вычитающего устройства. К выходу усилителя 10 подключен блок преобразования и выдачи информации 11.

Работа устройства заключается в следующем. Диэлектрическая жидкость, расход которой измеряется, подается в проточную камеру 2. Эта же жидкость находится в непроточной камере 3. При подаче электрических импульсов от генератора импульсов 7 диэлектрическая жидкость, находящаяся между электродами, образующими конденсаторы C1, C2, C3, C4 (фиг. 2), поляризуется и конденсаторы C1, C2, C3, C4 заряжаются через диоды VD1, VD2, VD3, VD4 до напряжения, зависящего от выходного сигнала генератора импульсов 7. После окончания импульса диоды VD1, VD2, VD3, VD4 запираются.

Электрический заряд на конденсаторах C1, C2, C3 и C4 уменьшается вследствие наличия токов утечки, потерь в диэлектрике и теплового движения зарядов. Так как емкости конденсаторов C1, C2, C3 и C4 практически одинаковые, то при нулевом расходе жидкости, протекающей через проточную камеру, изменения зарядов емкостей C1, C2 и C3, C4 будут одинаковыми с течением времени, а разность напряжений (U1-U2) и (U3-U4) равной нулю.

Если имеется какой-либо расход диэлектрической жидкости, то в проточной камере она будет протекать со скоростью v, значение которой пропорционально величине расхода. В промежутке между импульсами часть зарядов поляризованной диэлектрической жидкости будет унесена из пространства под электродами. Поэтому заряд на емкостях C1 и C3, образованных электродами и диэлектрической жидкостью в проточной камере, уменьшается быстрее, чем заряд на емкостях C2 и C4 в непроточной части. Соответственно появится разница в напряжениях U1 и U2, а также U3 и U4.

Чем больше расход, тем больше скорость движения жидкости и тем большее количество зарядов межэлектродного пространства будет унесено в течение паузы между импульсами. Поэтому разность напряжений (U1-U2) и (U3-U4) будет увеличиваться пропорционально скорости движения и расходу жидкости. Измеряя разности этих напряжений, которые выделяются с помощью дифференциальных усилителей 8, 9 и 10, и обрабатывая полученный сигнал с помощью блока преобразования и выдачи информации 11, получим показания, характеризующие расход диэлектрической жидкости за промежуток времени между импульсами, периодически следующими друг за другом. Если движение диэлектрической жидкости носит ламинарный характер, то разность напряжений (U1-U2) и (U3-U4) почти линейно увеличивается при увеличении ее расхода. Таким образом, выходной сигнал устройства преобразования и выдачи информации характеризует мгновенный расход. Если этот сигнал интегрировать в течение времени, то полученный сигнал будет пропорционален расходу жидкости за этот временной промежуток.

Повышение чувствительности и расширение динамического диапазона осуществлено за счет того, что на соседние электроды подаются напряжения противоположных полярностей. Благодаря такому выполнению электрические заряды из пространства между электродами не только выносятся протекающей жидкостью, но и вносятся в пространство между электродами, потенциал на которых имеет противоположное значение. Так, если расход отсутствует (фиг. 3,а), то поляризованные заряды находятся под электродами и деполяризация происходит за счет токов утечек и теплового движения зарядов.

При движении жидкости и наличии расхода заряды уносятся из пространства между электродами и вносятся между электродами, потенциал на которых имеет противоположное значение. При этом возникает электрический ток внутри электродов, расходуемый на компенсацию электрических зарядов (фиг. 3,б). Разряд электрической емкости, образованный соответствующими электродами, оказывается значительно большим, чем в случаях, когда нет подобного технического решения. Расширение динамического диапазона преобразователя осуществляется за счет того, что расширяется зона перемещений жидкости, в пределах которой происходит изменение электрических зарядов, накопленных на конденсаторах. Для этого целесообразно электроды и расстояние между ними брать одинаковой ширины. В этом случае при наибольшей скорости преобразования частота следования импульсов должна быть такой, чтобы при максимальном расходе поляризованные заряды полностью вышли из межэлектродного пространства и полностью вошли в зону под соседним электродом. В итоге диапазон расхода диэлектрической жидкости, измеряемой датчиком при тех же размерах его электродов, увеличивается практически в два раза по сравнению с тем, когда на все электроды подаются импульсы напряжения одной полярности. Соответственно повышается чувствительность вследствие большей разрядки емкости, внутрь которой приходит диэлектрик с противоположной поляризацией.

Устройство позволяет измерять малые расходы диэлектрической жидкости. При этом в нем нет никаких подвижных и вращающихся частей, что повышает надежность работы.

Устройство имеет повышенную чувствительность и расширенный диапазон преобразования благодаря тому, что на соседние электроды в течение процесса поляризации подаются импульсы напряжения противоположной полярности. Вследствие наличия этого существенного признака диапазон преобразуемого расхода и чувствительность увеличиваются в два раза.

Устройство может быть применено для измерения расхода топлива в автомобилях, а также для контроля расходов других диэлектрических жидкостей.

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода диэлектрических жидкостей, содержащее датчик расхода, выполненный в виде корпуса из диэлектрического материала, в котором имеется проточная камера с проходным сечением прямоугольной формы с установленной на ее противоположных стенках парой электродов, отличающееся тем, что датчик расхода снабжен непроточной камерой с проходным сечением прямоугольной формы и парами электродов, установленных идентично на противоположных стенках проточной и непроточной камер, а устройство снабжено генератором разнополярных импульсов, четырьмя диодами, тремя усилителями и блоком преобразования и выдачи информации, при этом одни электроды каждой пары подключены к общей шине, а другие электрически соединены через один в две группы в каждой камере, выводы групп противолежащих электродов в проточной и непроточной камерах подключены к дифференциальным входам первого и второго усилителей и через диоды, включенные в прямом направлении, к разнополярным выходам генератора импульсов, выходы первого и второго усилителей подключены к дифференциальным входам третьего усилителя, выход которого соединен с входом блока преобразования и выдачи информации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3