расходомер с флюидальным излучателем

Формула изобретения

1. Расходомер с флюидальным излучателем, включающий камеру излучателя, препятствие, расположенное в камере излучателя, симметрично относительно продольной плоскости симметрии, предназначенное для создания колебаний двумерной флюидной струи в поперечном направлении по обе стороны от продольной плоскости симметрии, полость во фронтальной части препятствия на пути движения флюидной струи для формирования колебаний флюидной струи с обеспечением омывания последней стенок полости, средство получения по нагнетательным отводам сигнала S, соответствующего дифференциальному давлению на стенках полости, средство определения скорости потока текучей среды по определенному дифференциальному давлению, отличающийся тем, что он снабжен тремя нагнетательными отводами, отверстие первого из которых расположено в точке пересечения продольной оси плоскости симметрии с днищем полости, а отверстия второго и третьего нагнетательных отводов расположены симметрично относительно первого отвода на стенках полости.

2. Расходомер по п.1, отличающийся тем, что отверстия второго и третьего отводов находятся по существу в местах положения точек максимального отклонения флюидной струи в полости в рассматриваемом диапазоне скоростей потока.

3. Расходомер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в первом нагнетательном отводе расположена пористая пробка.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается расходомера с флюидальным излучателем, позволяющего измерять скорость потока газообразной или жидкой среды.

В патенте США N 4244230 описан расходомер с флюидальным излучателем, включающий камеру излучателя, препятствие, расположенное в камере излучателя, симметрично относительно продольной плоскости симметрии, предназначенное для создания колебаний двумерной флюидной струи в поперечном направлении по обе стороны от продольной плоскости симметрии, полость во фронтальной части препятствие на пути движения флюидной струи для формирования колебаний флюидной струи, с обеспечением омывания последней стенок полости, средство получения по нагнетательным отводам сигнала S, соответствующего дифференциальному давлению на стенках полости, средство определения скорости потока текучей среды по определенному дифференциальному давлению. Колебание струи носит поперечный характер относительно плоскости симметрии расходомера и сопровождается образованием в полости двух вихрей, по одному с каждой стороны струи. Каждый вихрь попеременно усиливается и ослабевает, что совершается в противофазе одного вихря с другим. При колебании точка соударения струи перемещается по стенке полости.

Два нагнетательных отвода, расположенных на соответствующих сторонах плоскости симметрии, присоединяются к средству получения сигнала S - одному или нескольким датчикам давления таким образом, чтобы можно было измерять частоту колебания струи в полости. На фиг. 1 показана зависимость электрического сигнала S, характеризующего разность давлений в двух точках нагнетания от времени t.

Каждая экстремальная величина электрического сигнала, создаваемого датчиком давления, характеризуется наличием двойного пика. Точка наибольшего провала, находящаяся между двумя пиками, соответствует точке соударения струи при прохождении ее через точку максимального отклонения.

Таким образом, если рассматривать струю, развертываемую по полости, в стороне от плоскости симметрии после прохождения области расположения нагнетательного отвода, то струя будет продолжать свое движение в направлении к точке максимального отклонения.

После достижения максимума давление, измеряемое в точке нахождения нагнетательного отвода, падает. По достижении точки максимального отклонения (низ провала между пиками) струя начинает двигаться к плоскости симметрии, приближаясь к нагнетательному отводу (второй пик соответствует прохождению струи через местоположение нагнетательного отвода), затем проходит в направлении к противоположному нагнетательному отводу.

При превышении выбранного порога сигнал S преобразуется в прямоугольные импульсы, что достигается средством определения скорости потока текучей среды. Каждый импульс соответствует некоторому объему жидкости, прошедшей через расходомер. Величину потока можно тем самым определить, подсчитывая число импульсов.

Точность такого измерения определяется одной половиной периода колебаний. Так, при прерывании флюидального потока в момент прекращения колебания точное положение точки соударения струи с днищем полости остается неизвестным, в результате чего измерение характеризуется недостаточной точностью.

В основу изобретения положена задача создать расходомер с флюидальным излучателем, который обеспечивал бы повышенную по крайней мере в два раза точность измерений с достижением этого результата без повышения частоты колебания струи в полости.

Поставленная задача решается тем, что расходомер с флюидальным излучателем, включающий камеру излучателя, препятствие, расположенное в камере излучателя, симметрично относительно продольной плоскости симметрии, предназначенное для создания колебаний двумерной флюидной струи в поперечном направлении по обе стороны от продольной плоскости симметрии, полость во фронтальной части препятствия на пути движения флюидной струи для формирования колебаний флюидной струи, с обеспечением омывания последней стенок полости, средство получения по нагнетательным отводам сигнала S, соответствующего дифференциальному давлению на стенках полости, средство определения скорости потока текучей среды по определенному дифференциальному давлению, согласно изобретению снабжен тремя нагнетательными отводами, отверстие первого из которых расположено в точке пересечения продольной оси плоскости симметрии с днищем полости, а отверстия второго и третьего нагнетательных отводов расположены симметрично относительно первого отвода на стенках полости. При этом измерение дифференциального давления производится между а) разностью давлений, возникающей между нагнетательными отводами, расположенными симметрично на соответствующих сторонах плоскости симметрии, и б) давлением, существующим в области расположения нагнетательного отвода на оси пересечения. Прямоугольные импульсы, в которые преобразован сигнал, соответствующий дифференциальному давлению, идут с частотой, более высокой, чем частота импульсов устройства, уже известного в этой области техники (она по крайней мере вдвое выше); каждый прямоугольный импульс соответствует меньшей доле объема потока, чем обеспечивается повышение точности измерения.

Предпочтительно отверстия второго и третьего отводов расположить по существу в местах положения точек максимального отклонения флюидной струи в полости в рассматриваемом диапазоне скоростей потока.

Кроме того, желательно в первом нагнетательном отводе расположить пористую пробку.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его осуществления со ссылками на чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает зависимость сигнала S, измеряемого расходомером, согласно известному уровню техники, от времени t;

фиг. 2 - схематически расходомер с флюидальным излучателем, согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 - схематически препятствие в перспективе, представляющее собой составную часть расходомера, согласно настоящему изобретению;

фиг. 4 - зависимость выходного сигнала S, получаемого при измерении дифференциального давления от времени, а также пригодные для подсчета прямоугольные импульсы, соответствующие объему потока.

Со ссылкой на фиг. 2, вариант расходомера, согласно настоящему изобретению, является одинаково пригодным для жидкости или для газа. Расходомер включает в себя флюидальный вход 10, присоединенный одним концом к входному каналу 12, предназначенному для подвода текучей среды, и своим другим концом к камере 14 излучателя.

Флюидальный вход 10 включает в себя осадительную камеру 16, имеющую форму параллелепипеда, которая обеспечивает возможность перехода от струи с круглым поперечным сечением в канале 12 к струе квадратного или прямоугольного поперечного сечения. Осадительная камера 16 завершается сужающейся секцией 18, сообщенной с входным отверстием 20. Входное отверстие 20 прямоугольного сечения выбрано с учетом принципов двумерности, что хорошо известно специалистам, работающим в этой области техники, причем оно устроено таким образом, чтобы в камеру 14 излучателя поступала двумерная струя, колеблющаяся в поперечном направлении относительно плоскости P симметрии расходомера.

Препятствие 22 установлено в камере 14 излучателя. Полость 24 образована во фронтальной части препятствия 22 и обращена к входному отверстию 20. Флюидальная струя, попавшая в камеру 14 излучателя, развертывается по стенкам полости 24 в процессе колебания.

Поток текучей среды уходит по каналам 26 и 28, образованным между стенками препятствия 22 и стенками камеры 14 излучателя. Поток направляется каналами 26, 28 к выходному отверстию 30, которое сообщено со спускным каналом 32.

Измерение потока осуществляется посредством слежения за струей, развертываемой по днищу полости 24 в процессе колебания. Частота колебания струи является пропорциональной скорости потока.

В соответствии с настоящим изобретением для измерения скорости потока у устройства, показанного на фиг. 2, имеются три нагнетательных отвода P1, P2 и P3. Как можно видеть на фиг.3, которая изображает перспективный вид препятствия 22, эти нагнетательные отводы образуются каналами, проходящими через препятствие 22, каждый из которых характеризуется наличием отверстия на одном конце в одной из трех точек полости 24, а их другой конец находится в соответствующем месте в трех точках, расположенных, например, на верхней части препятствия 22.

Нагнетательные отводы P1 и P2 располагаются симметрично на соответствующих противоположных сторонах плоскости P симметрии, например, на половине пути по препятствию. Нагнетательные отводы P1 и P2 выгодно располагать в области нахождения точек максимального отклонения флюидальной струи при ее колебании в полости.

Известно, что эти точки максимального отклонения изменяются слабо с изменением скорости движения текучей среды. Положение нагнетательного отвода в точности соответствует точке максимального отклонения только при данной скорости течения. Со ссылкой на фиг. 1, различие между положением точки отклонения и положением нагнетательного отвода ведет к появлению провала между двумя пиками давления, обнаруживаемыми при прохождении струи по нагнетательному отводу, что имеет место в случае, когда струя проходит за нагнетательный отвод при своем движении от плоскости симметрии в ходе колебания. В том случае, когда амплитуда колебания оказывается недостаточной для прохождения за положения нагнетательных отводов, когда струя движется от плоскости симметрии, этот эффект не проявляется. Нагнетательные отводы P1 и P2 располагают таким образом, чтобы в диапазоне проводимого измерения впадина, которая может образовываться у сигнала между двумя пиками, соответствующими последовательным прохождениям струи по нагнетательному отводу, не была ни достаточно широкой, ни достаточно глубокой, чтобы это мешало проведению измерения.

Со ссылкой на фиг. 2, нагнетательные отводы P1 и P2 соединяются между собой посредством соединения 36, имеющего форму буквы T.

Нагнетательный отвод P3 располагается, например, на половине пути по препятствию, находясь на оси пересечения плоскости P симметрии с днищем полости 24.

Выходной канал соединительного элемента 36 и канал 38, присоединенный к нагнетательному отводу P3, присоединяют к средству получения сигнала S - датчику давления 40, например, из кремния термического типа или к датчику расхода или давления иного типа. Может быть, например, использован твердотельный датчик типа DP103 производства фирмы "Валидайн энжиниринг корпорейшн".

В случае модифицированного варианта каждый из нагнетательных отводов может быть присоединен к своему датчику давления с соответствующей обработкой сигналов, поступающих с этих датчиков, с получением требуемого результата.

Датчик давления 40 выдает выходной сигнал S, соответствующий изменениям разности давлений между давлением в точке P3, принимаемым за эталонную величину, и дифференциальным давлением, возникающим между давлениями в точках P1 и P2, которое непосредственно получают на выходе соединительного элемента 36 T-образной формы. На фиг. 4 в функции от времени t показан сигнал S, полученный таким способом. Для простоты изображения не показаны впадины, которые могут образовываться на максимумах импульсов и которые соответствуют случаю прохождения струи за положения симметрично расположенных нагнетательных отводов в ходе ее колебания.

Считая, что изменения давления в области нахождения точки P3 превышают те, которые могут происходить в области нахождения точки P1 или P2, в области нахождения нагнетательного отвода P3 можно образовать потерю напора, чем хотя бы частично компенсировать эффект от воздействия этих изменений давления. В примере, показанном на фиг. 3, потеря напора осуществляется посредством пористой пробки 39, расположенной в канале 38.

Обеспечением такой потери напора создается возможность устранения асимметрии сигнала S, которая может вести к возникновению риска утерять измерительную частоту.

Выход датчика давления 40 присоединен ко входу средства определения расхода электронной системы 42, преобразующей сигнал S в последовательность прямоугольных импульсов (формирующих сигнал C), возникающих при прохождении предварительно установленного порога.

Прямоугольные импульсы, полученные таким способом, идут с частотой, которая вдвое превышает частоту прямоугольных импульсов, измерявшихся при известном уровне техники. В этом случае каждый прямоугольный импульс соответствует объему текучей среды, проходящей через расходомер, который меньше (в два раза) того объема, который соответствовал прямоугольным импульсам при использовании известного расходомера. Подсчет прямоугольных импульсов производится счетным устройством 44, выдающим сигнал D, соответствующий объему текучей среды, прошедшей через расходомер за время счета, и, тем самым, пропорциональной расходу.

Поскольку единичный объем, приходящийся на прямоугольный импульс, меньше, чем это было при известном уровне техники, точность измерения соответственно оказывается повышенной.