Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости



Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости
Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости
Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости
Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости
Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости

 


Владельцы патента RU 2471154:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в расходометрии электропроводных жидкостей, например кислот, щелочей, растворов солей, в химической, фармацевтической, фармацевтической, пищевой и других областях промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости состоит из цилиндрического корпуса с кольцевым каналом, в котором свободно может вращаться шарик, неподвижного струенаправляющего аппарата и узла съема электрического сигнала. Причем шарик выполнен из диэлектрического материала с нулевой плавучестью в жидкости. В области кольцевого канала, перпендикулярно траектории качения шарика, через проходные изоляторы и заподлицо с поверхностью кольцевого канала расположены два электрода. Технический результат - повышение точности преобразования за счет уменьшения порога чувствительности и нелинейности статической характеристики, обеспечение независимости величины выходного сигнала от величины расхода жидкости; упрощение конструкции и снижение стоимости преобразователя. 5 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению, в частности к области расходометрии жидкости.

Известны многочисленные варианты конструкций шариковых первичных преобразователей расхода жидкости в электрический сигнал, выделяющихся среди других типов тахометрических расходомеров жидкости значительными преимуществами, которые обуславливают их предпочтительность при измерении расхода воды и агрессивных жидкостей (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд. Л.: Машиностроение. 1989. - 701 с.). Особенно перспективными шариковые расходомеры следует считать при измерении количества и расхода воды в жилищно-коммунальном хозяйстве, в химическом и нефтехимическом производствах при расходометрии кислот, щелочей, растворов солей и других электропроводящих жидкостей, поскольку благодаря исключительно простой конструкции обладают большим ресурсом эксплуатации и невысокой себестоимостью по сравнению с другими тахометрическими расходомерами.

Известен шариковый преобразователь расхода [а.с. РФ 2253843 С1, кл. G01F 1/06, опубл. 10.06.2005], содержащий корпус, ограничительную втулку с элементами, создающими вращение потока вокруг продольной оси преобразователя, раскрытую кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки, размещенный в кольцевой полости шар, преобразователь скорости вращения шара в электрический выходной сигнал. С целью стабилизации вращения вихревого потока образующая внутренней поверхности корпуса представляет собой кривую переменной кривизны, корпус преобразователя со стороны раскрытия полости с размещенным в ней шаром имеет кольцевое углубление. Для улучшения циркуляции потока в поперечном сечении кольцевой плоскости, проходящем через продольную ось преобразователя, на наружной поверхности ограничительной втулки выполнен ряд впадин и выступов.

Известен также шариковый расходомер [а.с. СССР №1591618 А1, кл. G01F 1/06, G01F 1/10, опубл. 27.05.1998], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенные внутри корпуса коаксиально стержень-вытеснитель и ограничительный кольцевой элемент с чувствительным элементом-шаром, размещенным в его непроточной полости, сообщенной с проточной частью корпуса кольцевой щелью, образованной ограничительным кольцевым элементом и стержнем-вытеснителем, а также струенаправляющее устройство и узел съема сигнала. С целью повышения надежности и расширения области применения струенаправляющее устройство выполнено заодно с ограничительным кольцевым элементом в виде тангенциальных каналов в кольцевом выступе, расположенном со стороны проточной части корпуса, в которой размещена осесимметричная оболочка, расположенная вокруг стержня-вытеснителя, присоединенная торцом к торцу кольцевого выступа и образующая с корпусом кольцевую полость, сообщенную с входным и выходным патрубками, второй торец осесимметричной оболочки расположен между патрубками и ориентирован в сторону выходного патрубка, а проходное сечение канала, сообщающего патрубки, меньше проходного сечения входного патрубка, но превышает проходное сечение одного тангенциального канала более чем в 100/б раз, где б(%) - допустимое значение основной погрешности.

Известен реверсивный датчик скоростного расходомера со свободноплавающим телом [а.с. СССР №169814, кл. G01f, опубл. 17.03.1965] - шаром, положение которого в рабочей полости фиксируется ограничительными кольцами. С целью уменьшения потерь напора, обеспечения возможности измерения потоков с твердыми включениями и облегчения установки различных систем съема сигнала, корпус датчика выполнен в виде цилиндрического кольца, к внешней стенке которого по касательной к рабочей полости прикреплены два патрубка, смещенные относительно друг друга по высоте и направленные в противоположные стороны.

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является шариковый расходомер [а.с. СССР №1117448 А, кл. G01F 1/06, опубл. 07.10.1984], содержащий измерительный участок трубопровода с размещенным в нем первичным преобразователем, состоящим из цилиндрического корпуса с кольцевым каналом, струенаправляющего аппарата, струевыпрямителя и шарика, сужающим устройством, установленным соосно перед первичным преобразователем и каналом для перепуска части потока, а также узлом съема электрического сигнала. С целью расширения диапазона измерений расхода корпус первичного преобразователя выполнен диаметром, меньшим диаметра измерительного трубопровода, канал для перепуска части потока образован между корпусом первичного преобразователя и измерительным трубопроводом, первичный преобразователь установлен с возможностью осевого перемещения относительно сужающего устройства, а диаметр отверстия сужающего устройства выполнен не меньше максимального диаметра корпуса первичного преобразователя.

Все известные и представленные выше шариковые преобразователи расхода жидкостей имеют следующие недостатки, обусловленные использованием магнитоиндукционного способа преобразования угловой скорости вращения ферромагнитного шарика в частоту следования выходных импульсов:

1. При прохождении ферромагнитного шарика рядом с магнитопроводом магнитоиндукционного датчика (МИД) происходит его примагничивание (притягивание) и при относительно небольшом расходе жидкости - его прилипание, что обуславливает нелинейность статической характеристики и значительный порог чувствительности в области низких расходов.

2. При горизонтальном положении преобразователя, поскольку ферромагнитный шарик относительно веса вытесненной жидкости тяжелый, то есть обладает отрицательной плавучестью, наблюдается непостоянство скорости вращения шарика в пределах одного оборота, которое нарастает при уменьшении скорости вращения, что, в итоге, еще больше искажает статическую характеристику первичного преобразователя.

Неплавучесть ферромагнитного шарика делает невозможным горизонтальное положение преобразователя, когда вектор силы гравитации Земли направлен перпендикулярно линейному потоку жидкости, так как при небольших расходах жидкости ферромагнитный шарик может остановиться в нижней точке кольцевого канала, то есть прекратить свое вращение.

3. Выходной сигнал МИД сильно зависит от скорости вращения шарика (скорости пробегания шарика под магнитопроводом МИД): при низких скоростях вращения шарика и, значит, небольших расходах жидкости напряжение, индуцированное в обмотке МИД, очень мало. Поэтому в клеммной коробке первичного преобразователя должен располагаться электронный импульсный усилитель. Обязательное размещение в клеммной коробке МИД электронного усилителя приводит к повышению стоимости преобразователя, снижению надежности и помехоустойчивости при эксплуатации.

Перечисленные три недостатка известных шариковых первичных преобразователей расхода жидкости обуславливают невозможность их использования при небольших расходах жидкости и горизонтальном положении преобразователя.

Задачей изобретения является расширение рабочего диапазона измерения расходов любых электропроводящих жидкостей, повышение точности преобразования (линейности статической характеристики), обеспечение работоспособности преобразователя расхода при любом его положении относительно вектора гравитации Земли и независимости амплитуды выходного сигнала преобразователя от величины расхода жидкости, исключение необходимости использования электронного усилителя.

Поставленная задача решается шариковым первичным преобразователем расхода электропроводной жидкости, состоящим из цилиндрического корпуса с кольцевым каналом, в котором свободно может вращаться шарик, неподвижного струенаправляющего аппарата и узла съема сигнала, в котором в отличие от прототипа шарик выполнен из диэлектрического материала с нулевой плавучестью в жидкости, а в области кольцевого канала, перпендикулярно траектории качения шарика, через проходные изоляторы и заподлицо с поверхностью канала расположены два электрода.

Электрическое сопротивление между электродами изменяется с частотой, равной частоте вращения шарика и пропорциональной величине расхода жидкости.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен пример конструкции первичного шарикового преобразователя расхода электропроводной жидкости. На фиг.2 и 3 показаны два возможных положения шарика относительно электродов 5 и 6. На фиг.4 показана диаграмма выходного (коллекторного) напряжения шарикового первичного преобразователя расхода электропроводной жидкости, где: Uвых(φ) - выходное напряжение шарикового расходомера; Uкэ.нас - напряжение насыщения транзистора; Uпит - напряжение питания; φ - угловое положение шарика относительно электродов 5 и 6 в радианах. На фиг.5 представлена диаграмма тока коллектора транзистора, где Iк(φ) - ток коллектора транзистора.

Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости содержит (фиг.1): l - металлический корпус со струенаправляющим аппаратом 2 и кольцевым каналом 3 с диэлектрическим покрытием; диэлектрический шарик 4, обладающий нулевой плавучестью в жидкости, который может свободно вращаться в кольцевом канале 3; электроды 5 и 6, введенные через корпус 1 и проходные изоляторы заподлицо с внутренней поверхностью кольцевого канала 3 таким образом, чтобы шарик 4 при вращении мог максимально изменять сопротивление электропроводной жидкости между ними.

На фиг 1 как пример согласования первичного преобразователя с вторичным электронным прибором 8 показан биполярный транзистор 7, база и эмиттер которого соединены с электродами 5 и 6.

Устройство работает следующим образом. Если шарик оказывается между электродами 5 и 6, как показано на фиг.2, то длина траекторий движения электрических зарядов в электропроводной жидкости между электродами 5 и 6 велика, поэтому сопротивление между ними будет максимально для известной жидкости, выбранных геометрических размеров канала, шарика и при взаимном расположении электродов в канале. Когда шарик оказывается вне зоны электродов 5 и 6, как показано на фиг.3, усредненная длина электропроводной зоны будет меньше, значит, будет меньше и электрическое сопротивление между электродами.

Импульсно изменяющееся сопротивление между электродами 5 и 6 легко преобразуется, как показано на фиг.1, в импульсные напряжение и ток коллектора биполярного транзистора 7. Потенциал базы транзистора 7 относительно эмиттера будет синхронно изменяться с изменением сопротивления между электродами 5 и 6, следовательно, транзистор синхронно будет переключаться из запертого состояния в состояние насыщения. Применение схемы с открытым коллектором транзистора не требует подведения питания +Uпит из вторичного электронного устройства 8, соединенного с преобразователем двухпроводной линией требуемой длины.

Электрическое сопротивление между электродами 5 и 6 никак не зависит от скорости вращения шарика в канале, а определяется только положением шариков относительно электродов 5 и 6, как видно на фиг.4 и фиг.5.

Потому амплитуды импульсных напряжения и тока никак не зависят от скорости вращения шарика и, значит, расхода жидкости. Они определяются только напряжением насыщения транзистора Uкэ.нас и величиной напряжения питания Uпит во вторичном электронном устройстве, необходимом для обработки сигнала расходомера и визуализации результатов измерения.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить диапазон измерения расхода воды и других электропроводящих жидкостей, повысить точность преобразования (линейности статической характеристики), обеспечить работоспособность преобразователя расхода при любом его положении относительно вектора гравитации Земли и независимость амплитуды выходного сигнала преобразователя от величины расхода жидкости, исключить необходимость использования электронного усилителя в составе преобразователя, ограничившись лишь биполярным транзистором с ключевым режимом работы.

Шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости, состоящий из цилиндрического корпуса с кольцевым каналом, в котором свободно может вращаться шарик, неподвижного струенаправляющего аппарата и узла съема электрического сигнала, отличающийся тем, что шарик выполнен из диэлектрического материала с нулевой плавучестью в жидкости, а в области кольцевого канала, перпендикулярно траектории качения шарика, через проходные изоляторы и заподлицо с поверхностью кольцевого канала расположены два электрода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам очистки сточных вод ливневой канализации от нефтепродуктов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения направления и величины скорости потока жидкости или расплава в областях науки и техники, где необходимы исследования гидродинамических процессов, может применяться при определении распределений полей скоростей потока расплава алюминия при электролизе, что имеет первостепенное значение при разработке энергосберегающих технологий получения металла.

Изобретение относится к измерительной технике и прикладной метрологии и может быть использовано для передачи размера единицы расхода материальной среды от расходомера, являющегося предметом настоящего изобретения, рабочему расходомеру, стационарно установленному на трубопроводе.

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться в химической, нефтяной, нефтехимической отраслях промышленности, а также в ядерной энергетике и медицине.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения расходов жидкости, газа или пара в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расходов жидкости, газа или пара в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также в медицине.

Изобретение относится к технике измерения объемного расхода жидкости или газа. .

Изобретение относится к области расходометрии и может быть использовано для определения расхода жидкости, например, в ядерных энергетических установках

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к почвоведению и экологии, в частности к способам измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений с использованием камер для отбора проб. Устройство для измерения эмиссии парниковых газов из почвы и растений выполнено разъемным и состоит из цилиндрических камеры и основания. Камера крепится к основанию посредством двух горизонтальных пластин с зажимами. Пластины смонтированы в верхней части основания и нижней части камеры. По центру пластин выполнены отверстия, диаметром равные диаметру цилиндра. Нижняя часть основания выполнена со скосами, а в верхней части камеры герметично установлена крышка с эластичной пробкой. Камера содержит приспособление для вентилирования в ней воздуха. Камера может быть выполнена, например, из непрозрачного пластика. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Измерительное устройство кориолисова типа дополнительно снабжено возбудителем крутильных колебаний, приемником крутильных колебаний, блоком вычисления передаточной функции крутильных колебаний с подключенным к его выходу блоком аппроксимации передаточной функции крутильных колебаний, а также блоком вычисления температуры. При этом генератор широкополосных сигналов выполнен двухканальным с обеспечением генерации на первом канале сигнала в окрестности резонансной частоты изгибных колебаний, а на втором канале - в окрестности резонансной частоты крутильных колебаний. Причем выход второго канала подключен к возбудителю крутильных колебаний, приемник крутильных колебаний соединен с входом блока вычисления передаточной функции крутильных колебаний, входы блока вычисления температуры подключены к соответствующим выходам блоков аппроксимации изгибных и крутильных колебаний, а его выходы подключены к соответствующим входам блоков вычисления передаточной функции изгибных и крутильных колебаний, при этом во впускном и выпускном разъемах с внутренней стороны симметрично между расходомерными трубками выполнены щелевые прорези, возбудитель и приемник крутильных колебаний выполнены соответственно каждый в виде двух противофазно включенных пьезоэлементов, вмонтированных симметрично между расходомерными трубками в щелевые прорези соответствующих разъемов, а сенсорные приемники выполнены в виде пьезоэлектрических пластин, вмонтированных в центральные области соответствующих щелевых прорезей. Технический результат - повышение точности и стабильности измерений. 1 ил.

Способ автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах включает измерение скорости и высоты потока материала, причем скорость потока пульпы определяют по скорости вращения полого мерного колеса, выполненного в виде свободно подвешенного поплавка и приводимого в движение силой сцепления рельефной поверхности колеса с верхним слоем потока пульпы. Устройство для автоматического измерения расхода пульпы в открытых каналах содержит вычислительный блок, приспособление для измерения скорости потока и уровнемер. Указанное приспособление для измерения скорости потока выполнено в виде полого мерного колеса, при этом ось вращения мерного колеса подвижно закреплена во втулках, расположенных на нижнем конце вильчатого рычага, на котором дополнительно установлены форсунки для подачи воды, а на верхнем конце вильчатого рычага горизонтально размещена отражающая площадка. Ось вращения мерного колеса связана с крыльчаткой датчика импульсов. Вильчатый рычаг при помощи параллелограммного механизма закреплен на неподвижной Г-образной стойке. Технический результат - повышение надежности и точности измерений расхода пульпы в открытых каналах за счет устранения влияния на результаты измерений абразивного воздействия пульпы и физических свойств измеряемого материала. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам контроля объёмного расхода и плотности пульпы в напорных трубопроводах и может быть использовано в области обогащения руд полезных ископаемых, а также в горно-металлургической, строительной и других областях промышленности. Способ автоматического контроля расхода и плотности пульпы в напорных трубопроводах включает измерение плотности по перепаду давления в восходящем потоке материала. Согласно изобретению на восходящей части напорного трубопровода выделяют два равновеликих участка, геометрические центры которых разнесены по ходу потока на величину, не превышающую 3 расстояния между нижней и верхней границами первого по ходу потока участка измерения. На нижней и верхней границах выделенных участков осуществляют отбор давления, для каждой пары границ участков измеряют перепады давлений, вычисляют взаимнокорреляционную функцию случайных сигналов, характеризующих изменение величин измеренных перепадов давлений во времени, находят абсциссу τ максимума взаимнокорреляционной функции, определяющую время взаимного сдвига по фазе полученных случайных сигналов. По величине расстояния между геометрическими центрами участков и времени τ определяют скорость потока и по известной площади внутреннего сечения трубопровода и найденной скорости потока вычисляют его расход. Технический результат - повышение надёжности и точности измерений расхода пульпы в закрытых трубопроводах за счёт устранения влияния на результаты измерений абразивного воздействия пульпы, физических свойств измеряемого материала и осуществления прямого измерения скорости потока. 3 ил.
Наверх