Датчик вихревого расходомера

 

Cущность изобретения: в полости тела обтекания размещен чувствительный элемент в виде жидкокристаллической ячейки ЖКЯ. Открытые торцы ячейки сообщены с прорезями тела обтекания, образованными в зоне срыва знакопеременных вихрей. На прорезях установлены разделительные мембраны. С помощью преобразователя знакопеременное давление, воздействующее на ЖКЯ, преобразуется в электрический или оптический сигнал. 4 ил.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения расходов жидкостных или газовых потоков.

Известен датчик вихревого расходомера, содержащий помещенное в поток перпендикулярно оси трубопровода тело обтекания в виде полого цилиндра с расположенными на нем в зоне срыва знакопеременных вихрей двумя продольными прямоугольными прорезями [1] пьезоэлектрический чувствительный элемент и преобразователь.

Недостатком данного устройства является слабая восприимчивость чувствительного элемента при малых расходах измеряемой среды (при малых значениях чисел Рейнольдса Re<1000), что приводит к ошибкам и невозможности учета утечек жидкости или газа, например, при повреждении водопроводных или газовых коммуникаций.

Технический результат, создаваемый изобретением расширение диапазона измерений и повышение чувствительности.

Указанный результат достигается тем, что в известном датчике вихревого расходомера чувствительный элемент выполнен в виде жидкокристаллической ячейки, диэлектрические и оптические свойства которой изменяются под действием знакопеременного давления, при этом открытые торцы ячейки сообщены с прорезями, на которых установлены разделительные мембраны.

На фиг. 1 общий вид датчика в разрезе; на фиг. 2 разрез по В-В; на фиг. 3 по стрелке С, на фиг.4 схема с обозначением угла атаки на цилиндр.

Датчик вихревого расходомера содержит тело обтекания в виде полого цилиндра 1, который помещен в поток перпендикулярно оси трубопровода 2. Цилиндр имеет две продольные прямоугольные прорези 3 по образующим. Внутри цилиндра расположен чувствительный элемент, выполненный в виде жидкокристаллической ячейки 4, открытые торцы которой сообщены с прорезями 3, на которых установлены "вялые" легкодеформируемые мембраны 5. Центр тяжести прямоугольного сечения прорезей размещен на расстоянии 1/2 диаметра Д трубопровода, длинная сторона прорези равна 1/2 Д, а короткую принимают равной или меньше части длины боковой поверхности цилиндра, ограниченной углами атаки в диапазоне 70 100^oC, т.е. в области начала вихреобразования (точка a) и отрыва пограничного слоя (точка б). Габариты прямоугольных прорезей 3 обеспечивают условия, при которых жидкокристаллическая ячейка 4 воспринимает лишь формирование вихрей у боковой поверхности цилиндра без влияния пограничных слоев у оснований цилиндра (т.е. вблизи трубопровода на расстоянии, менее 1/4 Д).

Датчик вихревого расходомера работает следующим образом.

При течении потока жидкости или газа в трубопроводе 2 и обтекании полого цилиндра 1 происходит периодическое вихреобразование с разных сторон образующих цилиндра в местах расположения прямоугольных прорезей 3 и упругих разделительных мембран 5. Вблизи зоны срыва вихрей (между точками а и б) возникает знакопеременная поперечная основному потоку жидкости или газа сила, которая заставляет перетекать жидкий кристалл по ячейке 4. Срыв вихря, а значит, изменение направления поперечной силы происходит с определенной частотой, которая может рассчитываться по зависимости для вычисления числа. Струхаля S (например, где f частота вихреобразования, d диаметр основания цилиндра, V скорость потока в трубопроводе перед телом обтекания). Жидкокристаллическая ячейка фиксирует каждое изменение направления силы или частоту вихреобразования. Скорость V и расход Q потока в трубопроводе известного диаметра Д являются функцией частот f что позволяет рассчитывать их по известной формуле, например: S число Струхаля, равное 0,19, при 500 < Re < 10⁵ - площадь живого сечения трубопровода, м².

Частотный импульс с помощью, например, емкостного преобразователя 6 преобразуется в сигнал, который в конечном итоге отображается на шкале в единицах расхода.

Использование предлагаемого устройства позволяет добиться повышения чувствительности и диапазона измерения расхода за счет высокой чувствительности жидкого кристалла к изменению направления переменной силы в широком диапазоне частот. Изобретение может быть использовано и в безнапорных каналах при известных живых сечениях потока в местах замера расхода.

Формула изобретения

Датчик вихревого расходомера, содержащий тело обтекания с двумя прорезями, расположенными в зоне срыва знакопеременных вихрей, чувствительный элемент, размещенный в полости тела обтекания, и преобразователь, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде жидкокристаллической ячейки, диэлектрические и оптические свойства которой изменяются под действием знакопеременного давления, при этом открытые торцы ячейки сообщены с прорезями, на которых установлены разделительные мембраны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4