Вихревой расходомер

 

Использование: для измерения расхода жидкой среды при одновременном измерении ее температуры и концентрации примесей. Сущность: вихревой расходомер содержит тело обтекания, щелевой сигнал, корпус, биметаллическую пластину, два штыря, балансировочный резистор, два ограничительных резистора, конденсатор, дифференциальный усилитель, два фильтра, формирователь импульсов, делитель напряжения, компаратор, блок индикации. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкой среды при одновременном измерении ее температуры и концентрации примесей в ней.

Известен расходомер обтекания, включающий корпус, чувствительный элемент в виде пластины и вторичный преобразователь, содержащий формирователь импульсов [1] . При движении измеряемой среды чувствительный элемент колеблется с частотой, пропорциональной скорости потока. Известный расходомер не дает информации о температуре и концентрации примесей измеряемой среды.

Известен также датчик вихревого расходомера, включающий установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, расположенным перпендикулярно оси трубопровода, консоль установленный в канале чувствительный элемент в виде гибкой пластины, плоскость которой перпендикулярна оси канала [2] . Сигналы с известного датчика проходят последовательно усилитель, фильтр и формирователь импульсов, которые питаются от источника напряжения. С помощью известного датчика возможно одновременное измерение массового расхода и плотности среды, так как амплитуда формируемых импульсов пропорциональна произведению плотности потока на квадрат его скорости. Получение раздельной информации о расходе и плотности потока технически сложно. Кроме того, с помощью известного устройства невозможно измерение температуры и концентрации солей в протекающей среде.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, расположенным перпендикулярно оси трубопровода, консольно установленный в канале чувствительный элемент в виде гибкой пластины, плоскость которой перпендикулярна оси канала, дифференциальный усилитель, фильтр, формирователь импульсов и источник питания, согласно изобретению, гибкая пластина выполнена биметаллической, в щелевом канале с обеих сторон от плоскости гибкой пластины установлены штыри из электропроводного материала, а расходомер содержит балансировочный и ограничительные резисторы, конденсатор и компаратор, причем выходы источника питания подключены через ограничительные резисторы к штырям и балансировочному резистору, гибкая пластина подключена на вход фильтра через конденсатор и на один из входов дифференциального усилителя, второй вход которого соединен со средней точкой балансировочного резистора, один из штырей электрически соединен с входом компаратора, другой вход которого подключен через делитель к источнику питания. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый расходомер отличается выполнением гибкой пластины биметаллической, установкой с обеих сторон от гибкой пластины штырей из электропроводного материала, наличием новых блоков: балансировочного и ограничительных резисторов, конденсатора и компаратора и их связями с остальными элементами схемы.

На фиг. 1 представлено сечение тела обтекания; на фиг. 2 - структурная схема расходомера; на фиг. 3 - зависимость выходной частоты f_вых от скорости протекания среды; на фиг. 4 - зависимость выходного напряжения U_вых1 от температуры среды; на фиг. 5 - зависимость выходного напряжения U_вых2 от концентрации солей кальция для водопроводной воды.

Вихревой расходомер содержит расположенное в трубопроводе (на фиг. не показан) тело 1 обтекания со щелевым каналом 2, перпендикулярным оси трубопровода. В теле 1 обтекания закреплен корпус 3 с установленными на нем чувствительным элементом в виде биметаллической пластины 4 и двумя штырями 5 из электропроводного материала, размещенными на одинаковом расстоянии от плоскости пластины 4. Закрепленные концы пластины 4 и штырей 5 электрически соединены с клеммами (на фиг. 1 не показаны) на корпусе 3. Пластина 4 и штыри 5 выполнены из материала, имеющего высокую коррозионную стойкость, например из нержавеющей стали. Расходомер содержит также балансировочный резистор 6, ограничительные резисторы 7, конденсатор 8 емкостью 10-700 мкФ, дифференциальный усилитель 9, фильтр 10 с частотой среза f_c10 f_{вых max} (например, 25 Гц), фильтр 11 с частотой среза f_c11 << f_{вых min} (например 5 Гц), формирователь 12 импульсов, делитель 13 напряжения, компаратор 14, блок 15 сигнализации и источник 16 питания постоянного тока напряжением U₀ = 15 В.

Расходомер работает следующим образом.

Жидкая среда, протекая по трубопроводу, создает с обеих сторон тела 1 обтекания попеременно срывающиеся вихри и пульсации давления, поэтому в щелевом канале 2 возникает знакопеременный поток, биметаллическая пластина 4 колеблется с частотой, пропорциональной скорости жидкой среды. При колебаниях пластины 4 периодически изменяется электрическое сопротивление между ней и штырями 5, на пластине 4 образуется электрический сигнал, имеющий постоянную и переменную составляющие. Через конденсатор 8 проходит только переменная составляющая сигнала, в фильтре 10 в этой составляющей отсекаются высокочастотные помехи, а в формирователе 12 импульсов из нее формируются прямоугольные импульсы с частотой, пропорциональной скорости движения жидкой среды по трубопроводу. Зная вес импульса, можно судить об объемном расходе жидкой среды. При изменении температуры жидкой среды биметаллическая пластина 4 изгибается. Величина постоянной составляющей напряжения на пластине 4 будет пропорциональна ее изгибу, т. е. температуре жидкой среды. Эта постоянная составляющая, подающаяся на первый вход дифференциального усилителя 9, становится неравной напряжению, подающемуся на второй вход этого усилителя со средней точки балансировочного резистора 6. В этом случае кроме переменной составляющей напряжения, обусловленной колебаниями пластины 4, на выходе дифференциального усилителя 9 появится постоянная составляющая, которая и выделяется фильтром 11. На выходе фильтра 11 появится напряжение U_вых1, пропорциональное температуре жидкой среды.

Падение напряжения на ограничительных резисторах 7 пропорционально току, проходящему между штырями 5, который, в свою очередь, зависит от концентрации ионов примесей в растворе жидкой среды. При возрастании количества примесей в жидкой среде ток через резистор 7 увеличивается, падение напряжения на нем U_вых2 возрастает, и при определенном значении этого напряжения, задаваемого делителем 13, обрабатывают компаратор 14 и блок 15 сигнализации, сигнализируя о превышении концентрации примесей в жидкой среде заданного уровня. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 387216, кл. G 01 F 1/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 459672, кл. G 01 F 1/00, 1975.

Формула изобретения

ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР , содеpжащий установленное в тpубопpоводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, pасположенным пеpпендикуляpно оси тpубопpовода, консольно установленный в щелевом канале чувствительный элемент в виде гибкой пластины, плоскость котоpой пеpпендикуляpна оси канала, отличающийся тем, что, с целью pасшиpения функциональных возможностей, гибкая пластина выполнена биметаллической, паpаллельно ей по обе стоpоны установлены пеpвый и втоpой штыpи из электpопpоводного матеpиала и дополнительно введены источник питания, последовательно соединенные диффеpенциальный усилитель и пеpвый фильтp, последовательно соединенные конденсатоp, подключенный пеpвой обкладкой к биметаллической пластине и пеpвому входу диффеpенциального усилителя, втоpой фильтp и фоpмиpователь импульсов, последовательно соединенные пеpвый огpаничительный pезистоp, подключенный пеpвым выводом к положительной шине источника питания, балансиpовочный pезистоp и втоpой огpаничительный pезистоp, подключенный втоpым выводом к отpицательной шине источника питания, а также последовательно соединенные компаpатоp, блок индикации и делитель напpяжения, включенный между положительной и отpицательной шинами источника питания и подключенный сpедним выводом к пеpвому входу компаpатоpа, втоpой вход котоpого соединен с пеpвым выводом втоpого огpаничительного pезистоpа, пpи этом сpедняя точка балансиpовочного pезистоpа соединена с втоpым входом диффеpенциального усилителя, а пеpвый и втоpой огpаничительные pезистоpы подключены соответственно втоpым и пеpвым выводами к соответствующим штыpям.

РИСУНКИ

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