вихревой расходомер

Формула изобретения

Вихревой расходомер, содержащий размещенное в трубопроводе тело обтекания с расположенным перпендикулярно оси трубопровода сквозным щелевым каналом, в котором вдоль его оси установлены закрепленный консольно пластинчатый электрод, стержневой электрод и фиксатор, а также демпфер из ударопоглощающего материала, отличающийся тем, что стержневой электрод и фиксатор закреплены жестко, на свободном конце пластинчатого электрода выполнено отверстие с установленным в нем демпфером из ударопоглощающего материала, а щелевой канал имеет симметричное относительно плоскости пластинчатого электрода сужение длиной, превышающей амплитуду колебаний пластинчатого электрода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода и количества жидких сред.

Известен вихревой расходомер, содержащий тело обтекания со сквозным щелевым каналом, в котором консольно закреплены пластинчатый и стержневой электроды [1]. Известен также вихревой расходомер, содержащий размещенное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, консольно установленные в щелевом канале гибкий пластинчатый электрод и два стержневых электрода [2]. При движении измеряемой среды пластинчатый электрод колеблется с частотой, пропорциональной скорости потока.

Известные расходомеры обладают низкой точностью и чувствительностью измерения, т. к. консольно установленные стержневые электроды колеблются и вносят погрешность в измерения, вторичный преобразователь реагирует на эти паразитные колебания.

Известен расходомер, включающий размещенное в трубопроводе тело обтекания с расположенным перпендикулярно оси трубопровода щелевым каналом, в котором вдоль его оси консольно установлены прямоугольный пластинчатый электрод, стержневой электрод и фиксатор с закрепленными на свободных концах стержневого электрода и фиксатора демпферами в виде прокладок из ударопоглощающего материала [3].

Недостатком данного расходомера является низкая точность измерения при низких скоростях потока, т.к. слабый перепад давлений на сторонах пластинчатого электрода не всегда вызывает его колебания и их частота становится не пропорциональной скорости потока, демпферы, размещенные на свободных концах стержневого электрода и фиксатора, образуют собственные завихрения в щелевом канале, а свободно колеблющиеся электрод и фиксатор создают паразитные колебания, что искажает картину обтекания пластинчатого электрода.

Изобретение решает задачу улучшения конструкции вихревого расходомера.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности и чувствительности расходомера.

Это достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем размещенное в трубопроводе тело обтекания с расположенным перпендикулярно оси трубопровода сквозным щелевым каналом, в котором вдоль его оси консольно установлены прямоугольный пластинчатый электрод, стержневой электрод и фиксатор, с закрепленными на свободных концах стержневого электрода и фиксатора демпферами в виде прокладок из ударопоглощающего материала, согласно изобретению стержневой электрод и фиксатор закреплены жестко, на свободном конце пластинчатого электрода выполнено отверстие с отформованным в нем демпфером из ударопоглощающего материала, а щелевой канал имеет симметричное относительно плоскости пластинчатого электрода сужение, превышающее амплитуду колебаний пластинчатого электрода.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый расходомер отличается жестким закреплением стержневого электрода и фиксатора, выполнением на свободном конце пластинчатого электрода отверстия с установленным в нем демпфером из ударопоглощающего материала, выполнением щелевого канала с симметричным относительно плоскости пластинчатого электрода сужением длиной, превышающей амплитуду колебаний пластинчатого электрода.

Повышение точности измерений достигается за счет сужения щелевого канала и повышение чувствительности за счет жесткого крепления стержневого электрода и фиксатора.

На фиг. 1 показан измерительный участок трубопровода; на фиг.2 - конфигурация пластинчатого электрода.; на фиг.3 приведено сечение тела обтекания без сужения щелевого канала (вид сверху), на фиг.4 приведено сечение тела обтекания с сужением щелевого канала (вид сверху).

Расходомер содержит тело обтекания 1, установленное в трубопроводе, со сквозным щелевым каналом 2, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода. Сверху и снизу в теле обтекания 1 симметрично друг к другу расположены неэлектропроводные корпуса 3 и 4 с жестко закрепленными в них вдоль оси щелевого канала 2 стержневым электродом 5 и фиксатором 6. Симметрично между ними перпендикулярно сечению щелевого канала 2 в верхнем неэлектропроводном корпусе 3 консольно закреплен прямоугольный пластинчатый электрод 7, который электрически соединен с телом обтекания 1. За счет жесткого закрепления в неэлектропроводных корпусах 3 и 4 стержневого электрода 5 и фиксатора 6 (их можно выполнить в виде "струн") диаметр этих элементов может быть значительно уменьшен, и они не будут оказывать искажающего воздействия на знакопеременный поток в щелевом канале 2, что повышает точность и чувствительность расходомера. Стержневой электрод 5, пластинчатый электрод 7 и фиксатор 6 выполнены из одного и того же материала, например нержавеющей стали. На расстоянии (0,2-0,5)b от свободного конца пластинчатого электрода 7 выполнено отверстие, диаметр которого составляет (0,1-0,4)b (где b - ширина пластинчатого электрода 7) с установленным в нем демпфером 8, изготовленным из ударопоглощающего материала, например резины. Конец электрода 7 и один из концов электрода 5 электрически соединены с клеммами (не обозначены) на корпусе 3. Щелевой канал 2 имеет симметрично относительно плоскости пластинчатого электрода 7 сужение, причем длина сужения превышает амплитуду колебаний пластинчатого электрода 7. Амплитуда скорости знакопеременного потока жидкости прямо пропорциональна перепаду давления Р на гранях тела обтекания 1, площади поперечного сечения щелевого канала 2 и обратно пропорциональна массе воды в канале. При прочих равных условиях за счет уменьшения массы воды в щелевом канале 2 при его сужении средняя скорость потока воды в нем будет выше, и за счет сужения канала 2 в месте установки пластинчатого электрода 7 местная скорость в суженном сечении будет выше средней. Увеличение скорости движения потока приводит к увеличению силового воздействия на пластинчатый электрод 7. Так как сила сопротивления тела 1 набегающему потоку жидкости прямо пропорциональна квадрату скорости потока, поэтому при увеличении скорости потока, например, в 2 раза сила воздействия на пластинчатый электрод 7 возрастет в 4 раза. Если при прочих равных условиях амплитуда колебаний пластинчатого электрода 7 на малых расходах возрастет, сигнал, снимаемый с электродов 5 и 7, увеличится, поэтому возрастет чувствительность и точность измерения расходомера.

Жидкая среда, протекая по трубопроводу, создает с обеих сторон тела обтекания 1 попеременно срывающиеся вихри и пульсации давления, в щелевом канале 2 возникает знакопеременный поток, отклоняющий пластинчатый электрод 7 с частотой, пропорциональной скорости среды в трубопроводе. При этом за счет сужения щелевого канала 2 при том же перепаде давлений на боковых сторонах тела обтекания 1 амплитуда скорости знакопеременного потока жидкости увеличивается, при этом увеличивается и силовое воздействие на пластинчатый электрод 7, что повышает чувствительность расходомера. Например, при сужении щелевого канала 2 в 1,5 раза (по сравнению с его входной и выходной частями) скорость знакопеременного потока жидкости увеличивается также в 1,5 раза, а силовое воздействие на пластинчатый электрод 7 увеличивается в 2,12 раза.

При колебаниях пластинчатого электрода 7 периодически изменяется электрическое сопротивление между ним и стержневым электродом 5. Это изменение преобразуется вторичным преобразователем известного типа (не показан) в прямоугольные импульсы, которые учитываются счетчиком известного типа. Зная вес импульса, можно судить об объемном расходе жидкой среды.

Источники информации

1. Патент РФ 2010164, М.кл⁶ G 01 F 1/00, 1994.

2. Патент РФ 2010162, М.кл⁶. G 01 F 1/00, 1994.

3. Патент РФ 2000547, М.кл⁶ G 01 F 1/00, 1993.