Шариковый расходомер

 

Использование: приборостроение, измерение расхода жидкостей и газов. Сущность изобретения: устройство содержит мембрану из Магнитного материала снаружи трубопровода и ферромагнитный шарик внутри трубопровода. Зеркало установлено на мембране и является элементом оптического канала с двухлучевым интерферометром . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4850697/10 (22) 16,07.90 (46) 15.07.92. Бюл. М 26 (71) Московский инженерно-физический институт (72) В.Н.Бессмертный, С.В.Варфоломеев, В,П.Ильин, В.С.Мальцев и В,К.Чинарев (53) 681.121,8 (088.8) (56) Лысиков Б.В. и др. Термометрия и расходометрия ядерных реакторов. M. Энерго. атомиздат, 1985, с.36 — 39, рис.2.7.

Изобретение относится к измеритель. ной технике, а именно к измерению расхода жидкостей и газов, Известны шариковые расходомеры жидких сред с ультразвуковым сьемом (УЗ) сигнала, в которых для повышения достоверности регистрации частоты вращения шара помимо излучателя и приемника, расположенных на одной стенке камеры, применены два отражателя УЗ сигнала, установленные на противоположной стенке камеры, что позволяет уменьшить скважность формируемых УЗ импульсов при регистрации вращения шара и тем самым избавиться от недостатка, присущего устройству, имеющему излучатель и приемник на разных торцах камеры друг против друга.

Наиболее близким к предлагаемому является шариковый расходомер, содержащий корпус. с тороидальным каналом, внутри которого размещен ферромагнитный шарик, преобразователь частоты вращения шарика, расположенный вне корпуса и тороидальным каналом и представляю,!Ы,, 1747909 А1 (я)5 G 01 F 1/06, 1/66 " - =:ЖМЙВ МФФВ В ) » 93

3 (54) ШАРИКОВЫЙ РАСХОДОМЕР (57). Использование: приборостроенйе, измерение расхода жидкостей и газов, Сущность изобретения: устройство содержит мембрану из Магнитного материала снаружи трубопровода и ферромагнитный шарик внутри трубопровода. Зеркало установлено на мембране и является элементом оптического канала с двухлучевым интерферометром,2 ил, О щий из себя катушку индуктивности с магнитным сердечником и измерительный блок. При пересечении силовых линий магнитного сердечника шариком в катушке индуктивности возникает ЭДС индукции, при этом амплитуда сигнала зависит от расстояния между шариком и Катушкой, от скоро- а сти вращения шарика, величины намагниченности сердечника. Для значения вращения шарика по заранее определенной градуировочной характеристике определя- О ют расход вещества.

Недостатком данного устройства является постепенный в процессе эксплуатации О износ дорожки качения и шарика и отсутствие корректировки показаний шарикового расходомерэ. е Ь

Цель изобретения — увеличение достоверности результатов измерений шарикового расходомера путем введения корректировки в его показания на износ дорожки качения и шарика, Поставленная цель изобретения достигается за счет введения в устройс i во, содер1747909 жащее корпус с тороидальным каналом, в котором размещен шарик из ферромагнитного материала, преобразователь частоты вращения шарика, размещенный вне корпуса с тороидальным каналом, и измерительный блок с п.ервым выходом, программируемого таймера, блока памяти, частотомера, блока сравнения амплитуд сигналов, блока корректировки показаний, а также выполнения преобразователя частоты вращения шарика в виде упругой мембраны из магнитного-материала, закрепленной на кольцевом постоянном магните и соединенной с зеркалом двухлучевого интерферометра, и установленной перпендикулярно плоскости вращения шарика; С помощью преобразователя частоты вращения шарика производится регистрация шарика в тороидальном канале за счет измерения двухлучевым интерферометром деформации упругой мембраны, которая является элементом магнитной цепи, в.состав которой также входят кольцевой постоянный магйит. и ферромагнитный шарик. В блоке сравнения амплитуд сигналов выделяется разница в последовательностях значений текущих и записанных заранее в блок памяти положений вне шарика на всей траектории его движения, которая возйикает из-за износа дорожки качения и шарика, и в блоке корректировки показаний, в котором эта разница преобразуется в частоту. вводится поправка в показания шарикового расходомера, определяемые частотомером.

Для идентификации положений шарика в тороидальном канале в текущей и ранее записанной в блок памяти последовательностях для случая, при котором сравниваются последовательности, регистрируемые для различных частот вращения шарика, с помощью программируемого таймера изменяется время регистрации сигнала на величину, пропорциональную отношению частот сигналов, соответствующих этим последовательностям, и которое определяется s блоке сравнения частот сигналов.

На фиг.1 представлена принципиальная схема данного устройства; на фиг.2— алгоритм корректировки частоты вращения ферромагнитного шарика в тороидальном канале с учетом износа дорожки качения и шарика.

Шариковый расходомер состоит иэ источника когерентного оптического излучения (лазер) 1, светоделителя 2, двухлучевого интерферометра, s ñàoþ очередь состоящего из опорного зеркала 3 и измерительного зеркала 4, жестко закрепленного на упругой мембрана 5, выполненной из магнитного материала и закрепленной на кольцевом постоя. ном магните 6, ферромагнитного шарика 7, вращающегося в тороидальном канале 8, регистратора интерференционных полос 9, выполненного в виде двух фотопри5 емников, настроенных на интерференционную картину двухлучевого интерферометра со смещением на четверть длины волны излучателя оптического излучения, реверсив1

° ного счетчика интерференционных полос 10

10 с тремя входами, два из которых соединены с фотоприемниками регистратора интерференционных полос, и двумя выходами. При этом первый выход соединен с входом частотомера 11, выход которого с одной сторо15 ны является первым выходом устройства, а с другой стороны связан со вторым входом блока 13 сравнения частот сигналов, первый . вход которого соединен с первым выходом блока 12 памяти. Выход блока 13 сравнения

20 частот сигналов связан с программируемым таймером 14, выход которого соединен в свою очередь с третьим входом реверсивного счетчика интерференционных полос 10.

Второй выход реверсивного счетчика интер25 ференционных полос 10 соединен с первым входом блока 15 сравнения:амплитуд.сигналов, состоящего из трех схем сравнения значений, две из.которых используются для выбора максимальных значений исследуе30 мых сигналов, а третья — для сравнения текущих значений исследуемых сигналов.

Второй выход блока 12 памяти соединен со вторым входом блока 15 сравнения амплитуд сигналов. Блок 15 сравнения амплитуд

35 сигналов соединен с блоком 16 корректировки показаний, выполненного по принципу частотомера с внутренним генератором времени и таймером и ймеющим внешнее управления, выход которого является вто40 рым выходом устройства, Устройство работает следующим обраэбм, Световой поток от лазера 1, проходя через светоделитель 2, попадает в двухлуче-.

45 вой интерферометр, в состав которого входят два зеркала — неподвижное опорное зеркало 3 и измерительное подвижное 4, закрепленное на упругой мембране 5, изго товленной из магнитного материала, Упру50 гая мембрана 5 вместе с кольцевым постоянным магнитом 6 и ферромагнитным шариком 7 представляют магнитную цепь, параметры которой зависят от положения шарика 7 в тороидальном канале 8. Измене55 ние силы взаимодействия между постоянным магнитом 6 и ферромагнитным шариком 7 приводит к перераспределению энергии магнитного поля к изменению силы взаимодействия между постоянным кольцевым магнитом 6 и упругой мембраной 5

1747909 приводя к различной деформации послед- мого таймера 14, с помощью которого устаней. Величина деформации упругой мемб- навливается новое время дискретизации раны измеряется двухлучевым интерфе- (счета) реверсивного счетчика 10 интерферометром 3, 4, выходом которого является ренционных полос через третий вход порегистратор 9 интерференционных полос, 5 следнего.Приэтомновоезначениевремени выполненный в виде двух фотоприемников, дискретизации реверсивного счетчика 10 настроенных на интерференционную кар- интерференционных полос пропорциональтину со смещением на четверть длины вол- но величине отношения частот сравниваены излучения лазера 1, мых сигналов, т,е, Гармонический токовый сигнал с часто- 10 W1 той, равной частоте свободных колебаний AT> = „Ч Л То. где AT „AT> — времена упругой мембраны, промодулированный дискретизации сигналов с величиной частонизкочастотным сигналом с частотой коле- ты колебаний, И4 и W1 соответственно, и баний, равной частоте вращения ферромаг- величины Wo и АТ характеризуют сигнал. нитного шарика, с выхода каждого 15 заранее записанный в блок 12 памяти, а W> фотоприемника поступает на первый и вто- и ЛТ1 — текущий сигнал. Со второго выхода рой входы реверсивного счетчика 10 интер- реверсивного счетчика 10 текущий сигнал ференционных полос, в котором компенсй- подается на первый вход блока 15 сравнеруется высокочастотная составляющая (не- ния амплитуд сигналов, при этом одновресущая) сигнала и производится подсчет то- 20 менно на второй вход этого блока подается ковых импульсов гармонического сигнала заранее записанный сигнал из блока 12 паза заданное время дискретизации (счета). мяти. Для каждого сигнала насхемесравнеТакимобразом, сигнал на выходе реверсив- ния путем поочередного сравнения ного счетчика 10 интерференционных полос значений последовательности производитпредставляется в виде числовой последова- 25 ся выбор максимальных значений, после четельноститоковыхимпульсов,вкоторойвы- го на блок 16 корректировки показаний, ражена деформация упругой мембраны, а выполненного по принципу частотомера с следовательно, и положение ферромагнит- внешним управлением, посылается управного шарика в тороидальном канале. при ляющий одноимпульсный сигнал для вклюэтом частота повторения значений чис о- 30 чения внутреннего генератора времени и вой последовательности равна частоте вра- внутреннего таймера. Одновременно с этим щения ферромагнитного шарика в в блоке 15 сравнения амплитуд сигналов тороидальном канале, и максимальное зна- производится сравнение текущего сигнала чение этой числовой последовательности и сигнала из блока 15 памяти, начиная со соответствует максимальной деформации 35 следующего значения числовой последоваупругой мембраны, т.е. такому положению тельности после максимального, ферромагнитного шарика в тороидальном При равенстве этих значений из блока канале, при котором расстояние между ним 15 сравнения амплитуд сигналов посылаети кольцевым постоянным магнитом 6 мини- ся управляющий сигнал в виде двух послемально. 40 довательных импульсов на вход блока 16

Данный сигнал из первого выхода ре- корректировки показаний для прерывания версивного счетчика 10, интерференцион- работы генератора времени, а при наличии ных полос анализируется частотомером 11, разности в этих значениях — одноимпульсвыход которого в свою очередь являе с ныйуправляющийсигналнавозобновление первым выходом устройства и с которого 45 работы генератора времени. получают информацию о частоте и периоде После сравнения всех значений обоих вращения ферромагнитного шарика в торо- сигналов, соответствующих по длительноидальном канале. Кроме того. сигнал с час- сти периоду текущего сигнала, о чем свиде13 с вн н тотомера 11 поступает на второй вход блока тельствует появление на схеме сра е вн ния сравнения частот сигналов. на первый 50 блока 15 сравнения амплитуд сигналов човход которого одновременно с этим посту- вого максимального значения текущего сигпает сигнал, заранее записанный в блок 12 нала, при появлении которого на вход блока памятипринеизменныхпараметрахдорож- 16 корректировки показаний посылается ки качения и ферромагнитного шарика. т,е трехимпульсный управляющий сигнал на вначалеэксплуатациишариковогорасходо- 55 прерывание работы генератора времени и опроса показаний таймера, на выходе блока

При наличии разности частот сравнива- 16 корректировки показаний, являющимся в емых сигналов в блоке 13 сравнения частот свою очередь вторым выходом устройства, сигналов вырабатывается разностный сиг- появляется откорректированное значение нал. поступающий на вход программируе1747909

8 частоты вращения ферромагнитного шарика W> в тороидальном канале с учетом изно2л са дорожки качения и шарика, т,е, W<Т1 гдетоi =- Т5 - (Tz - Т1) - (Т4 - Тз), где Ts — период 5 повторения значений в числовой последовательности текущего сигнала, Т1, Тз (Tz, Т4) — значение времени, При которых начинается (заканчивается) различие между значениями числовых последовательностей N — й1 10 -0 и N j - ч2 0 (фиг,)).

Для того, чтобы сравнение значений текущего и записанного сигнала проводилось для всех значений периода длительности текущего сигнала, рекомендуется записы- 15 вать сигнал в блок 12 памяти при максимально возможной частоте вращения ферромагнитного шарика, т.е, при максимальном требуемом расходе.

Предложенный шариковый расхадомер 20 по сравнению с прототипом позволяет повысить достоверность результатов измерений, а наличие двух выходов в устройстве позволяет определить начало износа дорожки качения и шарика и прогнозировать 25 его ресурс работы.

Использование радиационностойких зеркал в качестве подвижного элемента двухлучевого инфермерометра позволяет использовать шариковый расходомер в ре- З0 акторных условиях и в агрессивных средах.

Формула изобретения

Шариковый расходомер, содержащий корпус с тороидальным каналом, в котором размещен шарик из ферромагнитного мате- 85 риала, преобразователь частоты вращения шарика, размещенный вне корпуса с тороидальным каналом, и измерительный блок с первым выходом, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений, в него введены программируемый таймер, блок памяти с первым и вторым входами, частотомер, блок сравнения частот сигналов, блок сравнения амплитуд сигналов, блок корректировки показаний, при этом преобразователь частоты вращения шарика выполнен в виде упругой мембраны из магнитного материала, закрепленной на кольцевом постоянном магните, и соединенного с мембраной зеркала двухлучевого интерферометра с выходом, при этом упругая мембрана установлена перпендикулярно плоскости вращения шарика, а измерительный блок выполнен в виде реверсивного счетчика интерференционных полос с первым, вторым и третьим.входами и первым, соединенным с входом частотомера, а также вторым выходами, при этом выход двухлучевого интерферометра соединен с первым и вторым. входами счетчика интерференционных полос, третий вход которого соединен с выходом программируемого таймера, а второй выход счетчика интерференционных полос соединен с первым входом блока сравнения амплитуд сигналов, выход которого соединен с блоком корректировки показаний, выходчастотомера соединен с первым входом блока сравнения частот сигналов, выход которого соединен с входам программируемога таймера, вторые входы блока сравнения частот сигналов и блока сравнения амплитуд сигналов соединены с первым и вторым выходами блока памяти соответственно, выход частотомера является первым выходом измерительного блока, а выход блока корректировки показаний является вторым выходом измерительного блока.

1747909

1747909 от т,т> тт, Редактор А,Долинич

Заказ 2493 Тираж Подписное

ВНИИ ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

1!

ДщщМщиа юеефаюи, K0WVeCA4d июуюсоВ юо

IY) Составитель С.Варфоломеев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова