Ротаметр

 

Изобретение предназначено для измерения расхода газов и жидкостей методом постоянного перепада давления. Ротаметр содержит корпус, внутри которого установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок, жестко связанный с сердечником передающего дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещений, формирователь напряжения, генератор, стабилизированный по частоте и амплитуде, усилитель мощности, дифференциальный усилитель, выпрямитель, преобразователь напряжение - ток, источник опорного напряжения. Ротаметр имеет простую схему, что улучшает условия эксплуатации. 2 ил.

Изобретение относится к технике определения расхода газов и жидкостей методом постоянного перепада давления и может найти применение в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности, где необходимо измерение расхода с высокой точностью.

Известен поплавковый расходомер постоянного перепада давления [1], состоящий из цилиндрического корпуса с диафрагмой. Внутри диафрагмы перемещается поплавок с криволинейным профилем боковой поверхности, жестко насаженный на шток. На штоке укреплен сердечник датчика электрической дифференциально-трансформаторной передачи показаний. Сердечник помещается внутри разделительной трубки, снаружи которой находится катушка датчика. Ограничитель служит для ограничения перемещения штока в вертикальном направлении. Недостатком данного расходомера является сложная технология изготовления поплавка, а также весьма неопределенный коэффициент расхода, который входит в формулу при определении диаметра горизонтального сечения поплавка.

Известен ротаметр [2] с электрической дифференциально-трансформаторной передачей показаний. Ротаметр имеет конический поплавок, который перемещается внутри кольцевой диафрагмы под действием проходящего снизу вверх потока жидкости. При подъеме поплавка проходное отверстие между рабочей поверхностью поплавка и внутренней кромкой диафрагмы увеличивается пропорционально изменению расхода среды. Поплавок ротаметра жестко связан с сердечником передающего дифференциально-трансформаторного преобразователя. В данном ротаметре отсутствует регулировка градуировочного коэффициента, а также ограничена возможность подключения различных классов аппаратуры.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является [3]: устройство для измерения расхода жидкости, газообразных сред, содержащее корпус с калиброванным каналом, узел электромагнитного съема сигнала, состоящий из размещенного в измерительном канале поплавка, дифференциальной катушки и переменного резистора, последовательно соединенные регулируемый источник опорного напряжения, первый дифференциальный усилитель, первый управляемый переключатель, управляемый делитель гармонического напряжения и синхродетектор, подключенный выходом к второму входу первого дифференциального усилителя, последовательно соединенные элемент И, второй управляемый переключатель, второй дифференциальный усилитель, первый выпрямитель, первый генератор тока, первая обмотка соленоида, третий дифференциальный усилитель, третий управляемый переключатель, выходом подключенный к входу элемента И, последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, второй выпрямитель, второй генератор тока, вторая обмотка соленоида и первый прецизионный резистор, генератор гармонического напряжения, второй прецизионный резистор и регистратор, входом объединенный с управляющими входами первого, второго и третьего управляемых переключателей и подключенный к выходу элемента И, вторым входом подключенного к выходу первого дифференциального усилителя, второй вход регистратора подключен к выходу третьего дифференциального усилителя, вторым входом подключенного к первому выводу первого прецизионного резистора, вторым выводом подключенного к общей шине, к которой через второй прецизионный резистор подключен первый вход третьего дифференциального усилителя, начало и конец дифференциальной катушки подключены соответственно к первому и второму входам второго дифференциального усилителя, между которыми включен переменный резистор, подвижный контакт которого подключен к выходу генератора гармонического напряжения, второй выход которого подключен к синхродетектору, а вход - к средней точке дифференциальной катушки и второму входу управляемого делителя гармонического напряжения. Электрическая схема данного устройства характеризуется довольно большим количеством электронных элементов, что усложняет поиск неисправностей в схеме в производственных условиях.

Целью данного изобретения является упрощение схемы и улучшение условий эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что в ротаметр, содержащий корпус, внутри которого установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок, жестко связанный с сердечником передающего дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещений, формирователь напряжения, генератор, стабилизированный по частоте и амплитуде, усилитель мощности, источник опорного напряжения, выпрямитель, дифференциальный усилитель, введен преобразователь напряжение - ток, выходы которого являются выходами на показывающий прибор, выходы формирователя напряжения, входы генератора, а также одни из входов усилителя мощности, выпрямителя, преобразователя напряжение - ток, входы источника опорного напряжения объединены шиной питания, а генератор, усилитель мощности, дифференциально-трансформаторный преобразователь, выпрямитель, дифференциальный усилитель и преобразователь напряжение - ток соединены соответственно друг с другом, а один из выходов преобразовотеля напряжение - ток соединен с одним из входов дифференциального усилителя, при этом выход источника опорного напряжения соединен с одним из входов преобразователя напряжение - ток.

Новым и существенным по сравнению с прототипом является упрощение схемы и наличие преобразователя напряжение - ток, что позволяет обеспечить токовый выход с прибора, а также из-за наличия минимума связей в электрический схеме облегчить поиск неисправностей в схеме в производственных условиях.

Нa фиг. 1 представлен общий вид ротаметра с электронной блок-схемой; на фиг.2 представлены графики градуировки ротаметров.

Ротаметр состоит из корпуса 1 с диафрагмой 2. Внутри диафрагмы 2 перемещается поплавок 3 с конусным профилем боковой поверхности, жестко насаженный на шток 4. На штоке 4 укреплен сердечник 5, помещенный внутри разделительной трубки, снаружи которой находятся обмотки дифференциально-трансформаторного преобразователя 6, первичная 7 и вторичная 8. Первичная соединена с усилителем мощности 9, соединенным через генератор 10 с формирователем напряжения 11, питаемым от постоянного напряжения 27 В. Вторичная обмотка 8 соединена с выпрямителем 12, дифференциальным усилителем 13, преобразователем напряжение - ток 14, выходы которого являются выходами ротаметра. Питание на генератор 10, усилитель мощности 9, выпрямитель 12, преобразователь напряжение - ток 14, источник опорного напряжения 15 подается от формирователя напряжения 11, выход источника опорного напряжения 15 соединен с одним из входов преобразователя напряжение - ток 14, а один из выходов преобразователя 14 соединен с одним из входов дифференциального усилителя 13.

Ротаметр работает следующим образом. При изменении расхода среды поплавок 3 со штоком 4 перемещается в вертикальном направлении, изменяя площадь кольцевого зазора, между поплавком 3 и диафрагмой 2. При подъеме поплавка 3 проходной зазор между мерительной поверхностью конуса (поплавка) увеличивается, при этом уменьшается перепад давления на поплавке. Когда перепад давления становится равным весу поплавка 3, приходящемуся на единицу площади его поперечного сечения, наступает равновесие. При этом каждой величине расхода среды при ее определенной плотности и кинематической вязкости соответствует строго определенное положение поплавка и жестко связанного с ним сердечника 5. Дифференциально-трансформаторный преобразователь 6 осуществляет преобразование перемещения сердечника 5 во взаимную индуктивность. Затем преобразуется сигнал с дифференциально-трансформаторного преобразователя 6 в токовый выход. На первичную обмотку 7 напряжение подается с усилителя мощности 9, соединенного с генератором 10. Преобразованный сигнал со вторичной обмотки 8 дифференциально-трансформаторного преобразователя 6 через цепочку: выпрямитель 12, дифференциальный усилитель 13, преобразователь напряжение - ток 14 попадает на показывающий прибор с токовым выходом. На фиг. 2 показаны градуировочные графики ротаметров электрических РЭ1, РЭ2, РЭ3, РЭ4 со схемой преобразования сигнала согласно данной заявке. При аппроксимировании графиков видно, что погрешность измерения расхода находится в пределах 2,5% и ниже, что является регламентированной точностью. Электрическая схема прибора выполнена на широко применяемых микросхемах, которые легко заменить в случае неисправности. Применение предлагаемого изобретения позволяет подключить различные типы приборов.

ЛИТЕРАТУРА 1. Патент RU 2082104, G 01 F 1/22, БИ 17, 1997.

2. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергия, 1978, с. 508 и 509, рис. 16-2-2а.

3. Патент SU 1620844, G 01 F 1/00, БИ 2, 1991.

Формула изобретения

Ротаметр, содержащий корпус, внутри которого установлен с возможностью вертикального перемещения поплавок, жестко связанный с сердечником передающего дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещений, формирователь напряжения, генератор, стабилизированный по частоте и амплитуде, усилитель мощности, источник опорного напряжения, выпрямитель, дифференциальный усилитель, отличающийся тем, что в него введен преобразователь напряжение - ток, выходы которого являются выходами на показывающий прибор, выходы формирователя напряжения, входы генератора, а также одни из входов усилителя мощности, выпрямителя, преобразователя напряжение - ток, входы источника опорного напряжения объединены шиной питания, а генератор, усилитель мощности, дифференциально-трансформаторный преобразователь, выпрямитель, дифференциальный усилитель и преобразователь напряжение - ток соединены соответственно друг с другом, а один из выходов преобразователя напряжение - ток соединен с одним из входов дифференциального усилителя, при этом выход источника опорного напряжения соединен с одним из входов преобразователя напряжение - ток.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2