Устройство для измерения скорости потока токопроводящей жидкости

 

О П И С А Н И Е ()940071

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Соцкалистическин республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 23. 12.80 (2l ) 3222673/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.82 Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 02.07.82 (51 ) М.,Кл.

G 01 P 5/06

61сяврстнс1нннн квинтет

СССР но донею нзойрвтеннй н открытий (53) УДК 531.767 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Г. А. Ковалев, А. Н. Комов, B. Н. Малков и И. И. Миненков

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт.. (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА

ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ блок 1 3).

Изобретение относится к приборостроению и может бь:ть использовано в тахометрических системах измерения пульсаций скоростей потоков электропроводной жидкости со знакопеременными течениями, а также при выполнении ряда гидрологических исследований.

Известны турбинные измерители скорости потока (11, а для токопроводящих жидкостей микровертушки (2J.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является бесконтактное тахометрическое устройство для измерения скорости потока эпектропроводной жидкости, содержащее цилиндрический статор с тремя изолированными между собой токопроводящими контактами, ротор, выполненный в виде крьшьчатки из токопроводяшего материала, гене- 2р ратор переменного тока, два согласующих звена, два усилительно-преобразовательных звена и отсчетно-измерительный

Недостатком известного устройства являемя низкое быстродействие измерительного преобразования, определяющее низкую точность измерения пульсаций скоростей быстропеременных водных потоков, обусловленное ограниченным числом информационных импульсов за один оборот ротора и значительной длительностью времени дискриминации направления вращения ротора, составляющего от

1/4 до 3/8 периода полного оборота ротора.

Цель изобретения — повышение быстродействия измерительного преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен резистивный делитель напряжения, электроды выполнены в виде сплошного и дискретного токопроводящих полуколец, образующих кольцо, сплошное полукольцо подключено к отсчетно-измерительному блоку, а параллельно электродам дискретного полукольца включены источник питания и резистивный

|делитель напряжения, выводы которого

3 04007 соединены с электродами дискретного полукольца.

Кроме того, с целью упрощения, межэлектродные промежутки дискретного полукольца выполнены из высокоомного материала.

На чертеже представлена функциональ» ная схема устройства.

Устройство содержит измерительный преобразователь 1, состоящий из ротора IO

2, выполненного в виде токопроводяшей крыльчатки, и статора, состоящего из дискретного полукольца 3 и сплошного полукольца 4, первый источник 5 напряжения, подключенный к И -олементному резистивному делителю 6 напряжения, выводы которого подключены к соответствующим токопроводящим участкам 7 дискретного полукольца 3 статора; второй источник 8 напряжения, подключенный ко второму входу компаратора 9, первый вход которого подключен к сплошному полукольцу 4 статора, а выход«о входу отсчетно-измерительного бло кв 10. 25 устройство работает следующим образом»

В измерительном преобразователе 1 поступательное движение токопроводящей жидкости преобразуется вс вращательное движение токопроводящего ротора 2, который осуществляет последоввт эльную коммутацию каждого из токопроводящих участков 7 дискретного полукольца 3 и

35 сплошного полуколь ьа 4 статора. В компараторе 9 происходит сравнение текущих значений опорного сигнала второго источника 8 напряжения с текущими значениями измерительного сигнала, поступающе49 го на сплошное полукольцо 4 статора при вращении токопроводящего ротора 2 с токопроводящих участков дискретного полукольца 3 статора, запигываемого от nepsoro источника 5 напряжения через делитель 6 напряжения. В моменты ра4$ венства текущих значений опорного и измерительного сигналов в компараторе

9 формируются информационные импульсы о мгновенном пространственном положении ротора 2, а в отсчетно-измерительном блоке 10 осуществляется преобразование атой информации в выходной электрический сигнал, соответствующий величине и знаку скорости поступательного движения жидкости.

В принципе, возможно несколько вариантов реализации как источников 5 и 8 напряжения, так и компаратора 9.

Так, например, первый источник 5 нащ яжения может бьггь выполнен иак в виде источника постоянного, твк и переменного напряжения. При использовании всточника постоянного напряжения необходимо принимать меры по уменьшению влияния гальванических явлений на поверхностях токопроводящих участков 7 декретного полукольца 3 статора и сплошного полукольца 4. При использовании источника переменного напряжения необходимо предусмотреть включение детектирующего устройства между компаратором S и сплошным полукольцом 4, а частоту переменного напряжения выбирать на один-два порядка выше частоты следования информационных импульсов, определяемой величиной скорости поступательного движения жидкости.

Второй источник 8 напряжения может бьггь выполнен в виде генератора линейноизменяюц егося (пилообразного) или дискретно-изменяющегося напряжения. При» чем частота следования выходных сигналов такого генератора должна на одиндва порядка превышать частоту источника

5 переменного напряжения.

Компаратор 9 может быть выполнен в виде нелинейного элемента, например операционного усилителя или диода.

Огсчетно-измерительный блок 10 в зависимости от типа узлов 5, 8 и 9 может быть реализован в виде самых разнообразных технических решений.

Делитель 6 напряжения может быть выполнен как в виде дискретного, например, резистивного или емкостного делителя, KGHструктивнс выполненного на ствтсре в виде печатного монтажа и подключенного к соответствующим участкам дискретного полукольца 3 статорв, так и в виде сплошного полукольца, изготовленного из высокоомного материала (например, константана, мвнганина, нихрома}, конструктивно совмещающего функции электрода статс@а и делителя напряжения.

Для простоты рассмотрения процесса выделения измерительной информации в предлагаемом устройстве в качестве первого источника 5 напряжения выбирают обычный аккумулятор, в качестве второго источника 8 напряжения» генератор пилообразного напряжения с очень малым временем обратного хода пилы, а в качестве компвратора - операционный усилитель. Вмоменты времени,,«огдв текущее значение опорного сигнала, поступающего с генератора 8 пилообразного напряжения нв второй вход компара

94007

5 тора 9, превышает текущее значение измерительного сигнала, поступающего на первый вход компаратора 9 от источника 5 постоянного налряжения по следующему пути: делитель 6 напряжения— соответствующий мгновенному угловому положению ротора токопроводящий участок 7 дискретного полукольца 3 — первый токопроводяший зазор жидкости, токопроводящий ротор 2 — второй токопроводя- 10 щий зазор жидкости — сплошное токопроводящее полукольцо 4, на выходе компаратора 9 формируются прямоугольные импульсы, относительное положение передних фронтов которых несет информацию 15 о мгновенном пространственном положении ротора 2 (задний фронт, соответствующий обратному ходу "пилы", не несет полезной информации), а скорость изменения относительного положения перед- 30 них фронтов этих импульсов несет информацию о скорости поступательного движения жидкости. В отсчетно-измерительном блоке lO остается осуществить любым из известных методов фиксацию 35 знака и скорости изменения фазы (относительного положения передних фронтов информационных импульсов) прямоугольных импульсов фиксированной частотьь

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется выделение, преобразование и регистрация информации о практически мгновенном угловом положении и практически мгновенной угловой ско35 рости ротора измерительного преобразова- теля, которые функционально связаны с ,величиной скорости поступательного движения потока токопроводящей жидкости.

Существенными преимушествами предлагаемого устройства являются: возможность практически непрерывного выделения информации о мгновенных значениях величин и знаков пульсаций скорости контролируемых потоков жидкости, заключен45 ной в текущей фазе прямоугольного сигнала опорной частоты, в то время, как в известных тахометрических измерителях эта информация заключалась в частоте следования дискретных импульсных сигналов, полученных после детектирования

50 амплитудно-модулированных сигналов . опорной частоты; возможность одновременной регистрации величины и знака скорости потока жидкости со знакопеременным течением, что повышает достоверность информации о параметрах дви! жущейся жидкости и позволяет полностью автоматизировать достаточно трудоемкий процесс измерения параметров движущихся жидкостей.

Предлагаемое устройство может быть использовано при комплексной автоматизации процесса измерений параметров потоков жидкостей в гидротехнических сооружениях, каналах и водоемах, что позволит более рационально вьтолнять проектирование различных гидротехнических сооружений и разрабатывать эффективные меры по их защите. Особый интерес устройство может представить для исследователей, изучающих структуру турбулентности, причины ее возникновения и развития, различные формы проявления турбулентности в реальных условиях.

Важно и необходимо применение устройства при выполнении исследований на пространственных моделях плотин, дамб, ирригационных сооружений, рыбоводов, где определение величин и знака пульсаций скоростей имеет столь же важное значение, как и величины осредненных скоростей, контролируемых при использовании известных тахометрическнх измерителей (микропровертушек).

Предлагаемое устройство может найти широкое применение в автоматических гицрохимических станциях, где точное знание изменений скорости жидкости определяет точность гидрохимических измерений, а также при измерениях скоростей потоков или расхода сточных вод бытового и промышленного происхождения, в том числе и агрессивных сред.

Фор:.1ула изобретения

L. Устройство для измерения скорости потока токопроводящей жидкости, содержащее цилиндрический статор с электродами, токопроводящий ротор, источник

1 питания и отсчетно-измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введен резистивный целитель напряжения, электроды выполнены в виде сплошного и дискретного токопроводящих полуколец, образующих кольцо, при этом сплошное полукольцо подключено к отсчетно-измерительному блоку, а параллельно с электродами дискретного полукольца включены источник питания и резистивный делитель напряжения, выводы которого соединены с электродами дискретного полукольца.

2. Устройство, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью упрощеши, межэлектродные промежутки дискретного

7 04007 l 8 полукольца выполнены из высокоомного 2. Груды координационных совещаний материала. по гидротехнике. Л., "Энергия, 1969

Источники информации, вып. 51, с. 53-58. принятые во внимание при экспертизе . l, Агейкин Д. И. и др. Дачики кон З 3. Авторское свидетельство СССР троля и регулирования. М., Машиностро- Ж 731379, кл. 9 01 P 5/06, 1978 ение", 1965, с. 720-727. (прототип).

Составитель E. Швецов реовкеор C. К око екредМ.рергекь Корректор Л. Бокшвв

Зеков 4889/88 Ткрвш 887 П одп ясное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 4