вихревой расходомер

Формула изобретения

Вихревой расходомер, содержащий тело обтекания со сквозным щелевым каналом и консольно закрепленными в нем стержневым и пластинчатым электродом, электрически соединенным с телом обтекания, и вторичный преобразователь, содержащий генератор, выход которого через резистор и конденсатор соединен со стержневым электродом, отличающийся тем, что вторичный преобразователь содержит синхронный детектор, выход которого подключен к последовательно соединенным усилителю-формирователю импульсов, блоку фазовой автоподстройки частоты и счетчику импульсов, управляющий вход синхронного детектора соединен через резистор с выходом генератора, имеющего скважность импульсов 50-100, соединенным через указанные резистор и конденсатор со входом синхронного детектора.

Описание изобретения к патенту

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

Известен вихревой расходомер, содержащий установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, два стержневых электрода, консольно закрепленных вдоль щелевого канала, пластинчатый электрод и вторичный преобразователь, выполненный в виде двух усилителей постоянного тока и триггера, при этом стержневые электроды подключены к входам усилителей, выводы которых соединены с входами триггера [патент РФ №2098770, М.кл.⁶ G 01 F 1/32, 1997].

Известный расходомер не обладает требуемой точностью, так как надежная работа расходомера имеет место при достаточно больших амплитудах колебания пластинчатого электрода. Это достигается при достаточно больших скоростях потока в измеряемом трубопроводе, а при малой скорости движения потока пластинчатый электрод совершает весьма малые колебания, которые недостаточны для четкого формирования импульсов на считывающем устройстве.

Известен вихревой расходомер, содержащий пластинчатый электрод, стержневой электрод, консольно закрепленные на основании, размещенном в верхней части тела обтекания вдоль оси щелевого канала, вторичный преобразователь, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя тока, входом подключенного к выводу пластинчатого электрода, детектора, фильтра и регулятора амплитуды импульсов [патент РФ №2000547, М.кл.⁶ G 01 F 1/00, 1993].

Известный расходомер обладает невысокой точностью измерения, так сопротивление межэлектродного промежутка меняется не только из-за колебаний пластинчатого электрода, но и зависит от температуры и характеристик жидкости, кроме того, присутствуют наводки в незаземленных электродах. Усилитель тока выполнен в виде инвертирующего усилителя, его входное сопротивление определяется межэлектродным сопротивлением, а поскольку оно невелико, то усилителем тока потребляется значительная энергия от генератора. Дополнительные потери энергии также возникают из-за включения в систему регулятора амплитуды импульсов, выполненного по параллельной схеме.

Изобретение решает задачи повышения точности работы расходомера и снижения его энергопотребления, что дает возможность питания расходомера от автономного источника в течении как минимум поверочного интервала.

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

Это достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем тело обтекания со сквозным щелевым каналом и консольно закрепленными в нем стержневым электродом и пластинчатым электродом, электрически соединенным с телом обтекания, и вторичный преобразователь, содержащий генератор, выход которого через резистор и конденсатор соединен со стержневым электродом, согласно изобретению вторичный преобразователь содержит синхронный детектор, выход которого подключен к последовательно соединенным усилителю-формирователю импульсов, блоку фазовой автоподстройки частоты и счетчику импульсов, управляющий вход синхронного детектора соединен через резистор с выходом генератора, имеющего скважность импульсов 50-100, соединенным через указанные резистор и конденсатор со входом синхронного детектора.

Заявляемый расходомер отличается выполнением генератора с большой скважностью импульсов, включением в схему синхронного детектора, выполнением усилителя тока в виде усилителя-формирователя импульсов, включением в схему блока фазовой автоподстройки частоты и счетчика импульсов, а также изменением связей между элементами вторичного преобразователя.

Снижение энергопотребления достигается за счет выполнения генератора в виде генератора с большой скважностью импульсов (50-100) и исключения из схемы усилителя тока, что делает возможным длительное питание вторичного преобразователя от маломощного автономного источника питания.

На фиг.1 представлена структурная схема расходомера, а на фиг.2 - электрическая схема вторичного преобразователя.

Расходомер содержит тело обтекания, установленное в трубопроводе со сквозным щелевым каналом, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода. В теле обтекания размещен неэлектропроводный корпус с консольно закрепленным в нем вдоль оси щелевого канала стержневым электродом 1 и пластинчатым электродом 2, консольно закрепленным в нижней части щелевого канала и электрически соединенным с телом обтекания, причем стержневой 1 и пластинчатый 2 электроды выполнены из одного и того же материала, например нержавеющей стали. Расходомер содержит также вторичный преобразователь, который состоит из генератора с большой скважностью импульсов 3, резисторов 4 и 5, конденсатора 6, синхронного детектора 7, усилителя-формирователя импульсов 8, блока фазовой автоподстройки частоты 9, счетчика импульсов 10. Генератор 3 выполнен с большой скважностью импульсов. Выход генератора 3 через резистор 5 и конденсатор 6 соединен со стержневым электродом 1 и со входом синхронного детектора 7, управляющий вход которого соединен через резистор 4 с выходом генератора 3, а выход детектора 7 подключен к последовательно соединенным усилителю-формирователю импульсов 8, блоку фазовой автоподстройки частоты 9 и счетчику импульсов 10.

Расходомер работает следующим образом.

Поток жидкости, протекая по трубопроводу, создает с обеих сторон тела обтекания попеременно срывающиеся вихри и пульсации давления, поэтому в щелевом канале возникает знакопеременный поток, отклоняющий пластинчатый электрод 2 с частотой, пропорциональной скорости потока среды в трубопроводе. При колебаниях пластинчатого электрода 2 периодически изменяется сопротивление между пластинчатым электродом 2 и стержневым электродом 1, т.е. изменяется межэлектродное сопротивление. Прямоугольные импульсы с генератора 3 через резистор 5, конденсатор 6 и стержневой электрод 1 поступают на межэлектродный промежуток. Сопротивление резистора 5 выбирается примерно равным среднему сопротивлению межэлектродного промежутка (0,5-2,0 кОм), и вместе с межэлектродным промежутком резистор 5 образует делитель напряжения. Частота импульса генератора 3 выбирается в 10-200 раз больше, чем максимальная частота колебаний пластинчатого электрода 2, которая составляет 10-50 Гц. Длительность импульсов генератора 3 выбирается в 50-100 раз меньше его периода, что снижает средний потребляемый ток от генератора. Конденсатор 6 устраняет постоянную составляющую этих импульсов. Вследствие изменения сопротивления межэлектродного промежутка при колебаниях пластинчатого электрода 2 на стержневом электроде 1 формируется низкочастотное амплитудно-модулированное напряжение (модулированная частота этого напряжения равна частоте колебаний пластинчатого электрода 2, т.е. пропорциональна скорости потока жидкости в трубопроводе). Амплитуда данного напряжения пропорциональна амплитуде колебаний пластинчатого электрода 2, а несущая частота равна частоте генератора импульсов 3. Данное амплитудно-модулированное напряжение подается на синхронный детектор 7, представляющий собой электронный ключ с запоминающим конденсатором. Ключ управляется импульсами, поступающими с генератора 3 через резистор 4. На выходе синхронного детектора 7 формируется низкочастотная составляющая напряжения. Напряжение поступает на усилитель-формирователь импульсов 8, который вырабатывает импульсное напряжение постоянной амплитуды, частота которого равна частоте входного низкочастотного напряжения.

Поток жидкости не является стационарным, в нем присутствуют завихрения и пульсации, вызванные работой насосов, наличием местных сопротивлений и т.д. Эти помехи влияют на работу расходомера. Их влияние проявляется в том, что на выходе усилителя-формирователя импульсов 8 может возникнуть лишний (ложный) импульс или наблюдается пропуск очередного импульса. Для устранения данного влияния помех на работу расходомера после усилителя-формирователя импульсов 8 включен блок фазовой автоподстройки частоты 9, функция которого заключается в “запоминании” текущей частоты на некоторое время, которая определяется параметрами схемы блока. Частота импульсов на выходе блока фазовой автоподстройки частоты 9 пропорциональна среднему текущему расходу жидкости. Данные импульсы поступают на счетчик импульсов 10, в котором накапливается информация об объеме жидкости, прошедшем через расходомер.