Устройство для измерения скорости жидкости

Авторы патента:

G01P5/08 - путем измерения изменений электрической величины, непосредственно зависящей от потока

Владельцы патента RU 2594989:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения скорости электропроводной жидкости и ее флуктуаций. Устройство для измерения скорости жидкости содержит измеритель электрического сопротивления и два подключенных к нему электрода, один из которых закреплен неподвижно напротив другого. В устройство введена расположенная между электродами диэлектрическая пластина с отверстием. Отверстие диэлектрической пластины расположено между электродами. Плоскость пластины совпадает с направлением вектора скорости жидкости. Пластина установлена на упругом элементе с возможностью перемещения под действием потока жидкости и снабжена элементом гидродинамического сопротивления. Технический результат - увеличение чувствительности измерения скорости жидкости и точности измерения флуктуаций скорости, которое достигнуто за счет уменьшения шунтирующего действия окружающей среды на сопротивление между электродами и, вследствие этого, увеличения кратности изменения сопротивления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения скорости электропроводной жидкости и ее флуктуаций.

Известно устройство для измерения скорости жидкости, состоящее из двух помещенных в поток жидкости электродов и подключенного к ним измерительного блока [Способ регистрации расхода жидкости. Патент RU 2135959, МПК G01F 1/64, G01P 5/08, 1999]. Один из электродов деформируется под воздействием потока жидкости, при этом возникает изменение его электродного потенциала, а второй (недеформируемый) используется как электрод сравнения для определения соответствующего изменения потенциала деформированного электрода. В качестве измерительного блока использован вольтметр с высоким входным сопротивлением. Недостатками устройства является низкая чувствительность и низкая точность, обусловленная влиянием электрохимического шума и механических вибраций.

Известно устройство для измерения скорости жидкости, состоящее из двух помещенных в поток жидкости электродов и подключенного к ним измерительного блока [Способ измерения скорости потока жидкости. Авт. свид. СССР №2497153, МПК G01F 1/00, 1984]. Измерительный блок измеряет спектральную плотность электродного шума в области частот ниже 10 Гц, которая зависит от скорости движения жидкости. Известное устройство имеет следующие недостатки. Во-первых, оно не позволяет измерять флуктуации скорости. Во-вторых, чувствительность устройства нестабильна и изменяется во времени, что снижает точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для измерения скорости электропроводной жидкости [Способ измерения расхода электропроводной жидкости. Патент РФ №2474790, МПК G01F 1/58, 2013], содержащее два электрода, подключенных к измерителю электрического сопротивления. При этом один электрод закреплен неподвижно, а другой - через упругий элемент с обеспечением возможности перемещения этого электрода под действием потока жидкости относительно неподвижного. Измеряют электрическое сопротивление жидкости между электродами и по его изменению определяют скорость жидкости. Недостатком известного устройства является его невысокая чувствительность и, вследствие этого, невысокая точность измерения флуктуаций скорости. Невысокая чувствительность обусловлена небольшой кратностью изменения сопротивления между электродами, поскольку в первую очередь оно определяется размерами электродов и объемом жидкости, в котором протекает ток, а уже во вторую очередь на него оказывает влияние взаимное расположение электродов. В устройстве-прототипе кратность изменения сопротивления между электродами не превышает двух раз. При изменении скорости жидкости в 2 раза с 0,5 м/с до 1 м/с изменение сопротивления составило 18%. При измерении флуктуаций скорости, составляющих десятые доли процента, изменение сопротивления имеет порядок тысячных долей процента. Сопротивление жидкости измеряют на переменном токе. Собственный шум источника переменного тока в виде паразитной амплитудной модуляции ограничивает точность измерения флуктуаций скорости, поскольку нестабильность амплитуды при этом имеет тоже порядок тысячных долей процента.

Техническая задача, решаемая в заявленном изобретении, заключается в повышении чувствительности и точности измерения флуктуаций скорости.

Для решения поставленной задачи в устройство для измерения скорости жидкости, содержащее измеритель электрического сопротивления и два подключенных к нему электрода, один из которых закреплен неподвижно, введена расположенная между электродами диэлектрическая пластина с отверстием, плоскость которой совпадает с направлением вектора скорости жидкости, установленная на упругом элементе с возможностью перемещения под действием потока жидкости, пластина снабжена элементом гидродинамического сопротивления, при этом второй электрод также установлен неподвижно напротив первого, а отверстие диэлектрической пластины расположено между электродами. В частности, диэлектрическая пластина установлена на неподвижной оси с возможностью вращения, упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины, надетой на ось, а элемент гидродинамического сопротивления выполнен в виде выступа на поверхности пластины. Также упругий элемент может быть выполнен в виде плоской пружины, поверхность которой перпендикулярна к вектору скорости жидкости, при этом она же является и элементом гидродинамического сопротивления.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны два варианта конструкции устройства для измерения скорости жидкости. Оно содержит электроды 1 и 2, диэлектрическую пластину 3 с отверстием 4, измеритель 5 электрического сопротивления, упругий элемент 6 (пружину), элемент 7 гидродинамического сопротивления, ось 8 вращения.

В устройстве на фиг. 1 электроды 1 и 2 неподвижно установлены друг против друга на стенке диэлектрического трубопровода, по которому движется поток электропроводной жидкости. Между электродами установлена диэлектрическая пластина 3 с отверстием 4, выполненная в виде диска. В исходном состоянии отверстие 4 расположено между электродами 1 и 2, частично или полностью перекрывая их площадь. Пластина 3 через упругий элемент - спиральную пружину 6 - установлена на оси 8 с возможностью вращения под воздействием потока жидкости, набегающего на элемент 7 гидродинамического сопротивления, выполненный в виде выступа в форме параллелепипеда. Электроды 1 и 2 подключены к измерителю 5 электрического сопротивления. Стороны электродов, не обращенные друг к другу, и подводящие провода изолированы.

Устройство работает следующим образом. Поток движущейся электропроводной жидкости набегает на элемент 7 гидродинамического сопротивления и действует на него с силой, зависящей от скорости потока. Диэлектрическая пластина 3 поворачивается относительно неподвижно установленных друг против друга электродов 1 и 2, до тех пор, пока вращающий момент от воздействия потока не уравновешивается моментом от закрученной пружины 6. Отверстие 4 смещается от линии, соединяющей центры рабочих поверхностей электродов, изменяя электрическое сопротивление между ними. Если отверстие находится между электродами, то электрическое сопротивление минимально. Поворот пластины 3 вызывает увеличение сопротивления. Наибольшее изменение сопротивления получается в том случае, когда размеры пластины 3 много больше, чем размеры электродов, а расстояние между электродами и пластиной много меньше размеров пластины. Таким образом, электрическое сопротивление R между электродами зависит от скорости V потока жидкости. Характер зависимости R(V) можно изменять, выбирая размеры элемента 7 гидродинамического сопротивления, форму и размеры отверстия 4. При необходимости измерять пульсации скорости потока исходное положение отверстия относительно электродов нужно выбирать, исходя из наибольшей чувствительности и линейности зависимости R(V). Измеритель 5 электрического сопротивления может быть проградуирован в единицах измерения скорости и показывать среднее значение скорости потока. Для измерения пульсаций скорости измеритель 5 электрического сопротивления должен иметь высокое быстродействие и обеспечивать запись измеренных значений сопротивления в зависимости от времени R(t), например, в оцифрованном виде. Электрическое сопротивление измеряется на переменном токе с частотой порядка 1…100 кГц. При измерении быстрых флуктуаций скорости в качестве измерителя сопротивления удобно использовать стабилизированный по амплитуде генератор переменного напряжения и малоинерционный измеритель тока.

В устройстве на фиг. 2, в отличие от изображенного на фиг. 1, диэлектрическая пластина 3 установлена на упругом элементе, выполненном в виде плоской пружины 6, закрепленной на стенке диэлектрического трубопровода. Роль элемента гидродинамического сопротивления выполняет сама пружина, плоская поверхность которой перпендикулярна вектору скорости жидкости.

Устройство работает следующим образом. Поток движущейся электропроводной жидкости набегает на плоскую пружину 6 и действует на нее с силой, зависящей от скорости потока. Диэлектрическая пластина 3 перемещается относительно неподвижно установленных друг против друга электродов 1 и 2 до тех пор, пока сила упругости пружины не уравновесит силу воздействующего потока жидкости. Отверстие 4 смещается от линии, соединяющей центры рабочих поверхностей электродов, изменяя электрическое сопротивление между ними. Если в исходном положении отверстие находится между электродами, то есть электрическое сопротивление минимально, перемещение пластины 3 вызывает увеличение сопротивления. Так же, как и в устройстве на фиг. 1, электрическое сопротивление R между электродами зависит от скорости V потока жидкости.

Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в увеличении чувствительности и точности измерения флуктуаций скорости, которое достигнуто за счет уменьшения шунтирующего действия окружающей среды на сопротивление между электродами и, вследствие этого, увеличения кратности изменения сопротивления по сравнению с прототипом. Экспериментальная проверка показала, что на практике достаточно просто достигается шестикратное изменение сопротивления между электродами, то есть в 3 раза больше, чем у прототипа, при перемещении диэлектрической пластины всего на 2-3 мм. Это позволяет получить более высокую чувствительность устройства при измерении пульсаций скорости. Диаметр отверстия был равен 1 мм и равен диаметру рабочей поверхности электрода. Толщина диэлектрической пластины - 0,4 мм. Зазор между электродами и диэлектрической пластиной около 0,2 мм. В качестве электропроводной жидкости использован раствор NaCl с концентрацией 18 г/л.

1. Устройство для измерения скорости жидкости, содержащее измеритель электрического сопротивления и два подключенных к нему электрода, один из которых закреплен неподвижно, отличающееся тем, что в него введена расположенная между электродами диэлектрическая пластина с отверстием, плоскость которой совпадает с направлением вектора скорости жидкости, установленная на упругом элементе с возможностью перемещения под действием потока жидкости, пластина снабжена элементом гидродинамического сопротивления, при этом второй электрод также установлен неподвижно напротив первого, а отверстие расположено между электродами.

2. Устройство для измерения скорости жидкости по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрическая пластина установлена на неподвижной оси с возможностью вращения, упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины, надетой на ось, а элемент гидродинамического сопротивления выполнен в виде выступа на поверхности пластины.

3. Устройство для измерения скорости жидкости по п. 1, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде плоской пружины, поверхность которой перпендикулярна вектору скорости жидкости, при этом она же является и элементом гидродинамического сопротивления.

Изобретение относится к области измерительного оборудования, а именно к области средств измерения скорости перемещения твердых тел относительно жидких сред, и может быть использовано в навигационном приборостроении при конструировании и изготовлении лагов для водоизмещающих плавсредств.

Тензорезистивный преобразователь // 2586083

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензометрическим средствам измерения. Технический результат: расширение динамического диапазона преобразования напряженно-деформированных состояний сенсорной консоли вследствие воздействия на ее поверхность скоростного напора (динамического давления) газовых или жидкостных потоков.

Способ повышения чувствительности электромагнитных датчиков пульсаций скорости преобразователей гидрофизических полей // 2579805

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды. Способ повышения чувствительности электромагнитных датчиков пульсаций скорости преобразователей гидрофизических полей согласно изобретению включает нанесение платиновой черни на торцевые поверхности платиновых электродов, установленных в зазорах магнитной системы датчика, заподлицо с их внешней поверхностью, при этом перед нанесением платиновой черни электроизоляционный материал датчика покрывают дополнительным слоем электроизолирующего материала, инертного к соляной, азотной и платинохлористоводородной кислотам, при этом толщину дополнительного слоя выбирают исходя из возможности обеспечения блокировки диффузии примесей из компаунда в процессе платинирования электродов.

Устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (варианты) // 2561304

Группа изобретений относится к области измерений параметров движения, предназначена для исследования движения жидких сред и может быть использована для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований.

Устройство для измерения пульсаций скорости потока электропроводной жидкости // 2548126

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электромагнитным устройствам для измерения скорости потока электропроводной жидкости и основывается на явлении электромагнитной индукции: при движении проводника в магнитном поле в нем индуцируется электродвижущая сила Е, пропорциональная магнитной индукции В и скорости V проводника, которая действует в направлении, перпендикулярном к движению жидкости и магнитному полю.

Способ измерения скорости движения электропроводящей среды и устройство для его осуществления // 2531156

Группа изобретений относится к измерительной технике, представляет собой устройство и способ измерения скорости электропроводящей среды и может быть использована при добыче и транспортировке нефти.

Электромагнитный лаг-дрейфомер // 2503014

Изобретение относится к области средств измерения скорости перемещения твердых тел относительно жидких сред и может быть использовано в навигационном приборостроении, а именно - при конструировании и изготовлении индукционных лагов судов.

Устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (варианты) // 2420743

Изобретение относится к области измерений параметров движения, предназначено для исследования движения жидких сред и может быть использовано для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований.

Устройство для измерения скорости потока вещества // 2415440

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости // 2412447

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения пульсаций скорости потока электропроводящей жидкости, и может быть применено для измерения компонент вектора скорости течения с низким уровнем собственных шумов и, следовательно, с высокой разрешающей способностью, при исследованиях мелкомасштабной турбулентности в лабораторных и натурных условиях.

Устройство для измерения массового расхода жидких сред // 2601273

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения расхода жидких сред в трубопроводах. Устройство содержит генератор СВЧ, циркулятор, приемо-передающую антенну, направленную через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом к направлению движения потока, первый смеситель, первый направленный ответвитель, основной выход которого соединен с первым входом циркулятора, а дополнительный выход соединен с первым входом смесителя, при этом второй вход смесителя соединен со вторым выводом циркулятора, а третий вывод циркулятора соединен с приемо-передающей антенной, вычислительный блок, соединенный с выходом смесителя. Дополнительно устройство содержит второй и третий направленные ответвители, фазовый детектор, выходом соединенный с управляющим входом генератора СВЧ, выход которого соединен с входом второго направленного ответвителя, основной выход которого, в свою очередь, соединен с входом третьего направленного ответвителя, дополнительный выход которого соединен с первым входом фазового детектора, устройства ввода и вывода электромагнитной волны в трубопровод, соединенные соответственно с основным выходом третьего направленного ответвителя и со вторым входом фазового детектора, умножитель частоты, входом соединенный с дополнительным выходом второго направленного ответвителя, а выходом со входом первого направленного ответвителя, генератор акустических колебаний, излучатель и приемник акустических колебаний, направленных под углом α к направлению движения потока, второй смеситель, первый вход которого соединен с выходом акустического приемника, при этом выход генератора акустических колебаний соединен с акустическим излучателем и со вторым входом смесителя, частотный дискрименатор, первым входом соединенный с выходом второго смесителя, а вторым входом с выходом первого смесителя, а выходом с управляющим входом акустического генератора, при этом вычислительный блок соединен также с выходом акустического генератора. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 1 ил.

Электромагнитный измеритель компонент вектора скорости течения электропроводной жидкости // 2606340

Изобретение относится к измерительной технике. Особенностью заявленного электромагнитного измерителя компонент вектора скорости электропроводной жидкости является то, что магниты ориентированы так, что магнитное поле направлено вдоль оси вращения магнитного блока, на каждом из магнитов на его полюсах закреплены наконечники из магнитного материала, свободные концы которых расположены на минимально возможном расстоянии, исходя из прочностных характеристик конструкции, от рабочих поверхностей электродов, которые находятся посередине длины корпуса в зоне концентрации магнитного поля, при этом корпус имеет удлиненную форму с соотношением длины и диаметра, обеспечивающим прочность корпуса во время океанографических измерений. Техническим результатом является уменьшение погрешностей измерений компонент вектора скорости течения, вызываемых динамикой обтекания корпуса, и увеличение чувствительности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Радиоволновый расходомер // 2611255

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения массового расхода жидкостей в трубопроводах. В частности, при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов, сжиженных газов, продуктов химического производства, в том числе химически агрессивных сред. Радиоволновой расходомер содержит генератор СВЧ, первый циркулятор, соединенную с ним первую приемо-передающую антенну, направленную через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом α к направлению движения потока, первый смеситель, соединенный с выходом первого циркулятора, и вычислительный блок, соединенный с выходом первого смесителя. Дополнительно устройство содержит делитель мощности на четыре, входом соединенный с выходом генератора СВЧ, второй циркулятор, соединенную с ним вторую приемопередающую антенну, направленную через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом α к направлению движения потока и расположенную на расстоянии L от первой вдоль оси трубопровода, второй смеситель, своим входом соединенный с выходом второго циркулятора, а выходом - с вычислительным блоком, при этом выходы делителя мощности последовательно соединены с входами первого смесителя, первого циркулятора, второго циркулятора и второго смесителя. Технический результат – повышение точности. 3 ил.

Способ измерения массового расхода жидких и сыпучих сред // 2611336

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения массового расхода жидкостей в трубопроводах. В частности, при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов, сжиженных газов, продуктов химического производства, в т.ч. химически агрессивных сред. Cпособ измерения массового расхода жидких сред заключается в том, что радиоволна с частотой направляется через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом α к направлению движения потока, отраженные волны смешиваются с частью падающей волны и выделяется доплеровский сигнал их разности x(t) со средней частотой . Дополнительно часть мощности радиоволны с частотой направляется через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом α к направлению движения потока на расстоянии L по его оси от первой волны, отраженные волны смешиваются с частью падающей волны и выделяется доплеровский сигнал их разности y(t) со средней частотой , массовый расход определяется по времени максимума взаимно-корреляционной функции сигналов x(t) и y(t) и по частоте максимума их взаимного спектра плотности мощности. Технический результат – повышение точности. 3 ил.

Электромагнитный измеритель течений // 2620912

Изобретение относится к измерителям скорости и направления течений в морях и пресноводных водоемах на различных глубинах в составе автономных буйковых станций и других неподвижных (малоподвижных) носителей. Электромагнитный измеритель течений содержит немагнитный корпус, в котором установлен магнитный блок из двух пар постоянных магнитов с чередующейся полярностью, на полюсах магнитов закреплены наконечники из магнитомягкого материала, несколько пар электродов, закрепленных на корпусе, при этом содержит расположенную на заданном расстоянии от магнитов магнитного блока катушку индуктивности, ось которой параллельна оси вращения магнитного блока и лежит на окружности, образованной вращением вокруг оси магнитного блока геометрических осей его магнитов, и которая подключена к блоку электроники, обеспечивающему возвратно-вращательное движение магнитного блока с заданной частотой на заданный угол, измеритель содержит установленную на заданном расстоянии от магнитов магнитного блока по крайней мере одну пару дополнительных постоянных магнитов, при этом каждая пара расположена перпендикулярно оси вращения магнитного блока и один из магнитов каждой пары установлен в корпусе неподвижно, а другой - на оси вращения магнитного блока. Технический результат - увеличение длительности автономной работы и увеличение ресурса работы измерителя с сохранением улучшенных метрологических и эксплуатационных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Датчик индукционного лага повышенной прочности // 2637377

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и предназначено для использования в индукционных лагах надводных кораблей и глубоководных аппаратов. Датчик индукционного лага, содержащий электромагнитную систему возбуждения и измерительные электроды, при этом электромагнитная система возбуждения и измерительные электроды размещены в корпусе с нарезанными на внутренней поверхности кольцевыми канавками, герметизированы залитым в корпус изоляционным материалом, а между корпусом и электромагнитной системой возбуждения установлен армирующий элемент. Технический результат – повышение прочности датчика индукционного лага. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.