Струйный датчик расхода

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к струйным расходомерам газа и жидкости. Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повышение надежности струйного датчика расхода Жидкость из трубопровода попадает во входную полость, проходит через струйный переключатель , где возникает периодическое колебание струи жидкости, вызывающие в окнах импульсы давления, частота которых пропорциональна расходу. Импульсы давления преобразуются пьезокерамическим диском в электрический сигнап„ За счет эластичных прокладок чувствительность преобразователя увеличивается , -а дроссели позволяют ограничить перепад давления на диске, 3 з„п0 ф-лы, 3 или е (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ госудлРственный комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21} 4671393/10

{22) 06.02.89 (46) 23.02.91„Бюп. У 7 (71) Институт проблем управления и

Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский ин"..тптут прикладной биохимии (72) В,В„ Красильников, И„Д„ Поляков,, В.С.. Машинистов, А.М. Мирошкин, А.N„ Касимов, А.H. Климов и Э.К, Щепин (53} 681 ..12{088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 883654, кл. С 01 Р 1/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 857714, кл. С 01 F 1/48, 1977„ (54} СТРУЙНЫЙ ЩТЧИК РАСХОДА (57) Изобретение относится к измериИзобретение относится к измерительной технике, а именно к струйным расходомерам газа и жидкости, может быть использовано для измерения расходов в различных отраслях промышленности.

Целью изобретения является расши рение диапазона измерения и повышение надежности датчика расхода.

На фиг. 1 показан струйный датчик расхода, разрез; на фиг. 2 — узел I на фиг. 1; на фиг. 3 — узел II на фиг. 1.

Струйный переключатель 1, состоящий из набора струйных бистабильных усилителей, расположен в корпусе 2, снабженном входной 3 и выходной 4 полостями. Бароэлектрический преобразователь состоит из фланцев 5, элас„„SU„„1629757 А 1 (g))g. 6 01 Р 1/48 тельной технике, а именно к струйным расходомерам газа и жидкости. Цель изобретения — расширение диапазона измерений и повышение надежности струйного датчика расхода. Жидкость из трубопровода попадает во входную полость, проходит через струйный переключатель, где возникает периодическое колебание струи жидкости, вызываю щие в окнах импульсы давления, частота которых пропорциональна расходу.

Импульсы давления преобразуются пьезокерамическим диском B электрический сигнал„ За счет эластичных прокладок чувствительность преобразователя увеличивается а дроссели позволяют ог1

Ю раничить перепад давления на диске.

3 з.п. ф-лы, 3 ил. тичных прокладок б и одного или нескольких ньезокерамических дисков 7.

Кольцевые проточки, выполненные на внутренних поверхностях фланцев 5, образуют с эластичными прокладками 6 полости 8 и 9, сообщенные каналами

10 и 11 с выходными окнами 12 и 13 струйного переключателя 1. Каналы

10 и 11 снабжены ограничителями величины импульсов давления в виде дросселей t4 и 15, расположенных в коллекторе 16 со стороны выходных окон

12 и 13.

Струйный переключатель 1 выполнен в одном блоке с бароэлектрическим преобразователем и закреплен в корпусе 2 с помощью упругих элементов 17.

В корпусе 2 размещен электронный блок

18 предварительного усилителя выхол1629757

- ного электрического сигнала, связанный с проводником 19 с регистрирующим или показывающим приборами.

Между диском 7 и эластичными пра-

5 . кладками б.могут. быть расположены дополнительные прокладки 20 из материала с низкими адгезионными свойствами.

Дроссели 14 и. 15.мргут быть-снабжены коническим участком. 2t со стороны. ба--10 роэлектрического, преобразователя.

Струйнйй датчик расхода .работает следующим образом.

Датчик.. устанавливается в трубопровод последовательно илй в байпасную линию. При.похождении измеряемой среды на. датчике создается перепад давлений, Формирующий силовые струи бистабильных усилителей,. йли в случае байпасного подключения перепад давле- 20 ний создается дополнительным сужающнм устройством, установленным в основной магистрали трубопровода..

Из трубопровода текучая среда попадает во входную полость 3,. проходит через струйный переключатель 1, затем чер.ез коллектор 16 .—. в выходную по лость 4. В струйном переключателе 1 при наличии перепада давлений xipoисходит периодическое переключение направления течения Формирующейся силовой струи за счет отрицательных обратньж связей, при этом поочередно в выходных . окнах 1.2 и .13 возникают импульсы давления..Частота этих импульсов пропорциональна расходу измеряемой среды. Таким образом, по частоте пульсаций давления в струйном .переключателе 1 можно.. судить о расходе протекающей через..датчик среды.

Импульсы давления, возникающие

B выходных окнах 12. H . 13 струйногo переключателя, по каналам 10 и 11 передаются соответственно в полости

8 и 9 барозлектрического преобразователя и воздействуют на пьезокерамический. диск. 7, в результате чего на.обкладках диска возникают электри-. ческие заряды которые затеи усили-. ваются, нормализуются s электронном блоке 18 и по проводнику .19 посту50 лают на вторичный прибор.

Выполнение бароэлектринеского пре образователя s виде пьезокерамичес« кого диска 7, обжатого между двумя ре-. зиновымн прокладками 6, позволяет обеспечить его максимально возможную чувстительность, обусловленную геометрией, и при, этом предохранить пьезокерамический диск от повреждения при взаимодействии его с фланцами 5 под действием импульса давления.

В отличие от жесткой заделки здесь давление действует на всю площадь пьезокерамического диска, а из работы не исключается поверхность, упруго зажатая между фланцами 5. При этом .прогиб пьезокерамического диска происходит по.всей поверхности, .отсутствует линия перегиба s месте заделки, что повышает надежность устройства. Расположенные с обеих сторон пьезокерамнческого диска 7 эластичные прокладки 6 предохраняют era от непосредственного контакта с измеряемой средой, практически не снижая чувствительность за счет того, что . деформация диска носит изгибный характер, а изгибная упругость резиновых прокладок 6 невелика.

Электрический заряд, возникающий на поверхности пьезокерамического диска 7, тем больше, чем больше воздействующее давление, которое может изменяться в диапазоне 2-1000 мм вод. ст., т.е. в 500 раз. Такой.диапазон изменения величины сигнала давления затрудняет приведение электрического сигнала к стандартной величине, .ограничивает диапазон измеряемых расходов и усложняет электронную схему, Величина амплитуды импульсов. давления не является необходимым параметром для измерения объемного расхода. Увеличение амплитуды импульсов выше.. величины, необходимой для их регистрации, снижает эффективность работы датчика расхода, создает избыточные напряжения на пьезокерамическом диске, ухудшающие его надежность и долговечность. Для ограничения амплитуды сигналов давления, поступающих по каналам 10 и 11 в полости 8 и (при измерении расхода газа), датчик расхода снабжен дросселями

14 и 15, расположенными в коллекторе

16. Дроссели совместно с каналамн 10 и 11 и,полостями 8 и 9 выполняют роль

Фильтров низких частот, т.е. импульсы, генерируемые при небольшом перепаде давлений, имеющие небольшую амплитуду, проходят к бароэлектрическому преобразователю без изменения, а при увеличении перепада давлений, начиная с некоторой.его величины, амплитуда импульсов давления ограничивается, а на бароэлектрический преобразователь

162Э? 57 наступа;)T ограниченные Tlo величине сигналы давления. При этом дроссели

14 и 15 могут быть выполнены так, чтобы сопротивление прямому потоку (к бароэлектрическаму преобразовате.лю) было больше, чем обратному, например, за счет выполнения в калиброванном отверстии дросселя каническагб участка 21 со стороны преобразователя, а со стороны струйного переключателя - плоского торца, перпендикулярно оси дросселя. Такое решение обеспечивает максимальное coTIDQTHB ление нарастанию давления в каналах

10 и 11) а минимальное — вытеканию среды из каналов 10 и 11 и полостей

8 и 9. Этим ограничивается величина заряда на поверхности пьезокерамического диска. Электронный блок настраивается на максимальную увствительность.

В области низкого перепада давлений (до 30 мм вад„ст } ваздействг F на пьезокерамический диск иь-пульсов давления соизмеримо с воздействием на него внешних вибраций. Б связи с . этим появляется необходимость предусмотрения зашиты от вибрации„ Яьптолнение струйного переключателя в одном блоке с бароэлектрическим преабразовагелем и упругое ега закрепление в корпусе 2 посредством упругих эле ментов 17 позволяют уменьшить длину

; каналов 10 и 11, а также понизить влияние внешней вибрации в диапазоне частот промышленного оборудования (насосы, электродвигатели и т„п„).

С целью предотвращения склеивания между собой эластичных прокладок 6 и пьезокерамическога диска 7, которое происходит.при работе датчика, между ними могут быть устанавлечы дополнительные прокладки 20 из материала с низкими адгезионными свойствами, например фтаропластовай ленты толщиной О., 1-0,2 мм. Не оказывая влияния иа работоспособность датчика, прокладки .позволяют упростить. его разборку и исключить поломку хрупкого пьезокерамическаго диска.

Таким образом, изобретение обеспечивает работу в большем диапазоне расходов при одновременном повьппении надежности самого датчика. формула изобретения

Струйный датчик расхода, содержащий корпус, струйный переключатель с входной и вьгходной полостями, выходные окна которого сообщены каналами с бароэлектрическим преобразователем, а т л и.ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения надежности, датчик снабжен ограничителями. амплитуды импульса давления„ а бароэлектрический реабразователь сигналов давления состоит иэ пьезокерамического диска, эластичных прокладок и фланцев с вьпталненными на внутренних торцах фланцев кольцевыми выемками, при этом гьезокерамический диск расположен между пластичными прокладками и.фланцами, а поверхности эластичных прокладок са стороны фланцев образуют с поверхностями кольцевых выемок полости, сообщенные с выходными окнами струйного гереключателя каналами, а ограничители импульсов давле» ния выполнены в виде дросселей, расположенных в упомянутых каналах со стороны выходных окон струйного переключателя.

2. Датчик по и. 1, а т л и ч а юшийся тем, чта струйный переключатель и выходной преобразователь сигналов выполнены в одном блоке, упруго закрепленном г корпусе.

3. Датчик по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что чувствительный элемент вяходнаго преобразователя снабжен дополнительными прокладками из материала с низкими адгезионными

1 свайстваьж, например фтар опласта, расположенными между пьезоэлектрическим диском и эластичными прокладками.

4. Датчик по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что дроссели са стороны бараэлектрического преобразователя выполнены с коническим участком, а с обратной стороны— в виде плоского торца, перпендикулярного к оси дросселя.

1629757

У я.

Составитель В. Буткин

Редактор И. П!улла Техред JI.Сердюкова Корректор М, Максимишинец

Заказ 432 Тираж 424 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101