Микроэлектронный счетчик жидкостей и газов егиазаряна

 

Использование: для измерения расхода текучей среды и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, в том числе в быту. Сущность изобретения: счетчик содержит диафрагму с соплом, сечение выходного отверстия которого может быть описано любой требуемой формулой. Выходное отверстие сопла закрывается без зазоров заслонкой, имеющей такую же конфигурацию. Счетчик снабжен также предохранительно-регулировочным узлом. Такая конструкция позволяет повысить порог чувствительности, точность измерения в области малых расходов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, к устройствам для измерения количества расхода жидкостей и газов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности, в быту.

Известен расходомер, содержащий корпус, внутри которого размещен чувствительный элемент в виде полупроводниковой диафрагмы, состоящей из центральной части, отделенной от периферийной С-образной щелью, на перемычке между торцами которой размещены тензорезисторы [1] Указанный расходомер обладает несколькими недостатками: он не пригоден для измерения малых расходов, когда давление в трубопроводе десятки или сотни мм вд.ст. и расход очень маленький, например единицы и десятки единиц м³/ч. При малых давлениях скоростного потока измеряемая среда протечет через его С-образную щель и не вызовет никаких деформаций перемычек и соответственно, изменений номиналов тензорезисторов, то есть сигнал будет нулевым при малых расходах; расходомер не может обеспечивать высокую точность, так как до и после центральной части диафрагмы возникает нарушение потока измеряемой среды, турбулентность, за счет чего центральная часть находится под действием пульсирующих сил, которые неуправляемы и воздействуя на нее вносят искажения выходного сигнала; надежность низка, так как любой ударный поток может привести к пластическим деформациям перемычек или к их поломке.

Известен расходомер, содержащий сужающее устройство в виде диафрагмы с отверстием, установленное между подводящим и отводящим трубопроводами [2] Сужающее устройство снабжено предохранительным элементом с отверстием и выступами. Диафрагма и предохранительный элемент образуют полость, сообщающуюся с отверстием. Расходомер снабжен электронным блоком и индикатором для показа расхода измеряемой среды. Известному расходомеру присущ недостаток низкая точность в области малых давлений.

Технический результат изобретения повышение порога чувствительности и диапазона измерений; измерение очень малых расходов (практически с 0 м³/ч) с высокой точностью; доведение точности измерения очень малых расходов до величин точности измерения при максимальном расходе, создание простого по конструкции и технологии изготовления, удобного в эксплуатации, надежного, безопасного, дешевого счетчика.

Результат достигается тем, что счетчик, содержащий установленное между подводящим и отводящим трубопроводами сужающее устройство в виде диафрагмы с отверстием-соплом, размещенный на диафрагме мембранный датчик давления, связанный с блоком преобразования сигнала с индикатором, снабжен заслонкой, установленной на упругом элементе в корпусе с возможностью перекрытия выходного сечения сопла, при этом выходное сечение сопла выполнено произвольной геометрической формы, а форма заслонки повторяет форму выходного сечения сопла.

Счетчик также снабжен предохранительно-регулировочным узлом, размещенным в корпусе напротив заслонки.

На фиг. 1 упрощенный общий вид счетчика в разрезе (электронный блок без разреза); на фиг.2 проекция счетчика, показанного на фиг.1; на фиг.3 - другая модификация счетчика в разрезе без электронного блока; на фиг.4 5 - фрагменты сужающих устройств; на фиг.6 зависимости перепада давления от расхода. По сути на фиг. 1, 2, 3 показаны базовые модели счетчиков, позволяющие создать унифицированный ряд счетчиков для различных применений.

Счетчик содержит (фиг. 1 3) чувствительный элемент 1, закрепленный на диафрагме 2, в центре которого выполнено сужающее устройство сопло 3. К диафрагме закреплена предохраняющая пластина 5 (другая модификация счетчика без пластины 5 фиг.3). Между предохраняющей пластиной 5 и диафрагмой 2 на пружине 7 размещен регулирующий поток элемент 8 (заслонка).

Весь узел, состоящий из элементов 1 8 размещен в подводящем 9 и отводящем трубопроводе 10. На подводящем 9 и отводящем 10 трубопроводах закреплен электронный блок 11 с индикатором 12. Электронный блок электрически соединен с измерительной схемой чувствительного элемента 11 проводами 13. На упругом элементе 7 закреплен второй чувствительный элемент 14. В трубопроводе вмонтирован предохранительно-регулировочный узел, состоящий из стойки опоры 15 и регулировочного винта 16.

Сужающие отверстия сопла 3, пружины 7 с заслонкой 8 имеют следующие особенности конструкции: геометрия выходного сечения отверстия сопла может иметь любую конфигурацию, например, сферическую, параболическую, эллиптическую, щелевую и т.д. (фиг. 1, 3 5). При этом конфигурация заслонки 8 точно повторяет соответствующую конфигурацию выходного отверстия сопла. Это позволяет без зазоров полностью закрывать выходное отверстие сопла. Выбор конфигурации выходного сечения сопла 3, конфигурации заслонки 8 и упругие характеристики пружин 7 определяются из следующих соображений: конкретные конфигурации выходного сечения сопла и заслонки при открывании заслонки должны обеспечивать линейную зависимость перепада давления ΔP от расхода Q; заслонка должна полностью (без зазоров) закрыть выходное сечение сопла; упругие характеристики пружины также должны обеспечить указанную линейную зависимость и обеспечить открывание выходного сечения сопла при минимальном диапазоне измерения счетчика (при минимальном скоростном напоре).

Электронный блок 11 может быть закреплен непосредственно к подводяще-отводящему трубопроводам 9 и 10 или выполнен выносным для закрепления его в удобном для потребителя месте.

Заслонка 8 (фиг.1, 3 4) счетчика может быть снабжена измерительной схемой, состоящей, например, из транзисторов 14, подключенной к электронному блоку 11. В этом исполнении счетчик может измерять статическое давление с помощью мембранного элемента 1 и динамическое давление с помощью заслонки 8. Преобразуя и обрабатывая оба сигнала известными в расходометрии способами на индикаторе мы получим количество расходованной среды (газа, жидкости).

В случае пружины 7 с заслонкой 8 без чувствительного элемента 14 они выполняют не измерительную функцию, а только функцию элемента, регулирующего поток измеряемой струи с целью линеаризации функции f(ΔP)=Q.. В случае пружины 7 с заслонкой 8 и с чувствительным элементом 14 они выполняют двойную функцию регулирующего поток элемента и измерителя.

Счетчик работает следующим образом.

Он подключается к измеряемому объекту и включается питание (автономное или сетевое). При этом индикатор не включается с целью экономии электроэнергии. Он включается в момент снятия показаний с счетчика. При подаче газа или жидкости по подводящему трубопроводу 9 на одну поверхность мембраны 1 начинает воздействовать давление Р₁. Поток измеряемой среды, проходя через сужающее отверстие сопло 3 воздействует на заслонку 8 и упруго деформируя пружину 7, перемещает ее на некоторое расстояние, освобождая выходное сечение сопла 3. При этом в сопле 3 поток ускоряется, вследствие чего на другой стороне мембраны появляется давление Р₂ (Р₁>Р₂). Разница давлений ΔP = P₁-P₂ воспринимается мембраной 1 фиг.1 и 3. Измерительная схема мембраны проходит в разбаланс и сигнал разбаланса подается на электронный блок обработки. Обрабатывая этот сигнал, электронный блок воспроизводит на цифровом индикаторе количество расходуемых газа и жидкости. Так построена работа всех расходомеров, работающих на принципе измерения перепада давления с помощью диафрагмы, сужающего устройства и дифманометра, и у них характеристика описывается кривой 17 (фиг.6).

В этом случае расходомер измеряет "хорошо" на участке Б этой кривой, а на участке А кривой, что составляет примерно 20 от верхнего диапазона измерений, т.е. в области малых расходов, точность измерения падает. Чтобы повысить чувствительность и точность в области измерения малых расходов, в расходомер введена заслонка 8. При введении заслонки и сопла с изменяемыми геометриями выходного сечения кривая расхода "переворачивается" и принимает вид кривой 18 (фиг. 6). Очевидно, что в этом случае повышается порог чувствительности и точность измерения расходомера во всем диапазоне измерения (за счет повышения точности измерения в области малых расходов). Далее, для линеаризации характеристики расходомера (кривая 18) поверхность заслонки 8 и выходное сечение отверстия сопла выполняются различной формы: сферической, эллиптической, параболической и т.д.), таким образом, чтобы открывание выходного отверстия происходило по определенным законам, а зависимость расхода Q от перепада ΔP приближалась или полностью принимала линейную форму (кривая 19 на фиг.6).

Предохранительно-регулировочный узел служит для предохранения от поломки заслонки 8 при ударных перегрузках. Винтом 15 фиксируется рабочий диапазон прогиба заслонки 8.

Формула изобретения

1. Микроэлектронный счетчик жидкостей и газов Егиазарена, содержащий установленное между подводящим и отводящим трубопроводами сужающее устройство в виде диафрагмы с отверстием-соплом, размещенный на диафрагме мембранный датчик давления, связанный с блоком преобразования сигнала с индикатором, отличающийся тем, что он снабжен заслонкой, установленной на упругом элементе в корпусе с возможностью перекрытия выходного сечения сопла, при этом выходное сечение сопла выполнено произвольной геометрической формы, а форма заслонки повторяет форму выходного сечения сопла.

2. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен предохранительно-регулировочным узлом, размещенным в корпусе напротив заслонки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6