Тахометрический измеритель скорости движения воздуха

 

Использование: в приборостроении для измерения скорости для расхода воздуха в различных отраслях промышленности, в том числе в горных выработках шахт, опасных по газу и пыли. Сущность изобретения: утсройство обладает повышенной чуствительностью в области малых скоростей движения воздуха, улучшенными эксплуатационными характеристиками за счет того, что узел крепления крыльчатки измерителя выполнен в виде уравновешенного коромысла, с одной стороны которого в опорах подвешена крыльчатка, с другой жестко закреплен электромагнитный вибратор, а коромысло укреплено в корпусе эластичным уплотнителем. 3 ил.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к тахометрическим анемометрам, и может быть использовано для измерения скорости и расхода воздуха в различных отраслях промышленности, в том числе в горных выработках шахт, опасных по газу и пыли.

Известны тахометрические измерители скорости движения жидкостей и газов, содержащие измерительную крыльчатку, которая подвешивается в неподвижных опорах на кернах, подшипниках, на струне [1].

Недостатком данных анемометров является наличие порогового значения скорости измеряемого потока, ниже которого измерительная крыльчатка не вращается, так как момент трения в порах ее оси превышает движущийся аэродинамический момент. Кроме того, порог трения крыльчатки является величиной непостоянной, изменяясь в зависимости от степени изношенности опор, степени загрязнения трущихся поверхностей и т.д. Поэтому начало диапазона измерения тахометрических анемометров принимается с запасом, в 1,5-2 раза превышающим порог чувствительности крыльчатки, и обычно составляет 0,3-0,5 м/с, что не удовлетворяет требованиям практики.

Известен также тахометрический измеритель скорости движения воздуха [2] , который с целью исключения порога трогания крыльчатки имеет дифференцирующую цепочку, транзисторный ключ и электромагнит, приводящий крыльчатку во вращение при нулевой скорости потока воздуха.

Недостатком такого анемометра является гистерезис показаний в области малых скоростей движения воздуха. При реверсировании воздушного потока, обтекающего датчик, направление вращения крыльчатки не меняется до некоторого значения скорости движения воздуха, после чего крыльчатка меняет направление и измеритель переходит на другую ветвь характеристики. При этом возможно получение ложной информации в области малых скоростей движения воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому является тахометрический преобразователь расхода, в котором с целью уменьшения трения в подшипниках узел подвески крыльчатки содержит вибратор, выполненный в виде специального редуктора, кривошипов, соединительных деталей и электродвигателя [3].

Недостатком такого измерителя является сложность, громоздкость и низкая надежность конструкции, а также ограниченная возможность его применения, в том числе в угольных шахтах, опасных по газу и пыли, из-за необходимости применения электродвигателя во взрывобезопасном исполнении со значительным потреблением электроэнергии.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение области применения тахометрического измерителя скорости движения воздуха.

Это достигается за счет того, что крыльчатка установлена в опорах на кернах, подпятники которых закреплены на одном конце коромысла, на другом конце которого установлен якорь электромагнитного вибратора, причем коромысло укреплено в корпусе посредством эластичного уплотнителя.

На фиг.1 представлен узел подвески крыльчатки тахометрического измерителя, внешний вид; на фиг.2 и 3 - тахометрический измеритель, разрез.

Тахометрический измеритель содержит крыльчатку 1, подвешенную в опорах 2 на одном конце коромысла 3, и электрический вибратор, закрепленный на другом конце коромысла 3, состоящий из катушки индуктивности 4, ферритового магнитопровода 5 и якоря-мембраны 6 с зазором относительно магнитопровода 5. Регулировка зазора осуществляется винтом 7.

Торцы лопастей крыльчатки 1 армированы пластинами 8 из магнитомягкого материала. Корпус устройства состоит из двух одинаковых деталей 9, изготовленных из пластмассы и соединенных винтами. Внутренние стенки деталей корпуса 9 образуют цилиндрическое проходное отверстие - обечайку крыльчатки 1. Коромысло 3 при помощи эластичного уплотнителя 10 крепится в пазу между корпусными деталями 9. Резиновый уплотнитель 10, кроме функции герметизации внутренней полости измерителя в месте прохода через корпус коромысла, является опорой, на которой колеблется последнее. Питание катушки индуктивности 4 вибратора осуществляется переменным током от специального генератора. В корпусе измерителя установлены также индуктивный преобразователь 11 частоты вращения крыльчатки в электрический сигнал и электронная схема формирования выходного сигнала.

Измеритель работает следующим образом.

При включении измерителя катушка индуктивности 4 получает питание. Переменный магнитный поток, создаваемый в магнитопроводе 5, замыкается через якорь-мембрану 6, жестко закрепленный на коромысле 3. Колебания якоря-мембраны 6 с амплитудой Δ (фиг.3) в силу его инерционных и упругих свойств вызывает вибрацию конца коромысла 3 с катушкой индуктивности 4 и магнитопроводом 5, величина амплитуды которой δ<Δ зависит от соотношения масс и упругих свойств мембраны. Эта вибрация приводит к возникновению колебаний противоположного конца коромысла с крыльчаткой, амплитуда которых δ¹ зависит от соотношения длин соответствующих плеч коромысла. Выполнение коромысла уравновешенным приводит к тому, что в месте крепления в корпусе 9 при помощи эластичного уплотнителя 10 расположен узел стоячей волны колеблющейся механической системы, что резко снижает потери механической энергии и передачу ее на корпус 9 измерителя. Генератор, питающий катушку индуктивности 4, настраивается на частоту, равную частоте собственных колебаний якоря-мембраны 6, что позволяет при незначительных энергозатратах получить необходимую амплитуду колебаний крыльчатки. Благодаря расположению крыльчатки и электромагнитного вибратора на противоположных концах уравновешенного коромысла последний потребляет 20-40 мВт, что удовлетворяет требованиям искробезопасности и позволяет применять измеритель в угольных шахтах, опасных по газу и пыли.

При вращении крыльчатки 1 (фиг.2) торцы лопастей, армированные пластинами 8 из магнитомягкого материала, проходят вблизи индуктивного преобразователя 11, изменяют индуктивность последнего, что воспринимается электронной схемой, и на ее выходе формируются импульсы с частотой, пропорциональной скорости вращения крыльчатки.

Формула изобретения

ТАХОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА, содержащий размещенную в корпусе крыльчатку, связанную с установленным с внешней стороны корпуса вибратором, и регистратор частоты вращения крыльчатки, отличающийся тем, что крыльчатка установлена в опорах на кернах, подпятники которых закреплены на одном конце коромысла, на другом его конце установлен якорь электромагнитного вибратора, причем коромысло закреплено в корпусе посредством эластичного уплотнителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3