EA011197B1

EA011197B1 - Датчик расхода жидкости

Info

Publication number: EA011197B1
Application number: EA200702226A
Authority: EA
Inventors: Александр Романович Каплунский; Геннадий Петрович Орлевич; Валерий Владимирович Полторан
Original assignee: Совместное Предприятие "Технотон" Закрытое Акционерное Общество
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-27
Also published as: EA200702226A1

Abstract

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения потоков жидкостей, протекающих по трубопроводу, в частности, для измерения дизельного топлива, которое характеризуется значительной вязкостью. Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений при массовом производстве дешевых датчиков, когда погрешности изготовления деталей значительны и расширение диапазона измерения потоков жидкости при неизменной точности измерений. Поставленная задача решается тем, что в датчике расхода жидкости дополнительно содержится контроллер с блоком фильтрации сигнала детектора вращения, блоком предварительного вычисления расхода и селектором каналов, при этом выход блока фильтрации сигнала соединен со входом селектора каналов, выход блока предварительного вычисления расхода соединен с управляющим входом селектора каналов, а каждый канал снабжен пропорциональным преобразователем сигнала с заданным коэффициентом преобразования. Имеются и другие отличия от прототипа. Положительный эффект достигается за счет простой и надежной конструкции датчика при сохранении высокой точности измерений в широком диапазоне измерений.

Description

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения потоков жидкостей, протекающих по трубопроводу, в частности для измерения расхода дизельного топлива, которое характеризуется значительной вязкостью.

Известны счетчики жидкости с кольцевым поршнем и измерительной камерой, включающей корпус, днище с двумя отверстиями для входа и выхода жидкости, перегородку, отделяющую вход от выхода и являющуюся направляющей для кольцевого поршня, кольцевой поршень с осью и профилированным пазом, стакан, с установленной в нем направляющей втулкой, и включающие счетный механизм [1], [2], [3].

Счетчики такого типа обладают целым рядом преимуществ, которые позволяют их использовать уже в течение века. К таким преимуществам относятся высокая надежность датчика, высокая износостойкость и простота устройства. Это обусловлено тем, что он обладает одновременно достоинствами датчиков с мерными камерами и непрерывных лопастных роторных устройств.

Однако он обладает и существенным недостатком: при больших потоках жидкости и, соответственно, большой скорости вращения, точность измерения падает. Вторым недостатком является то, что погрешность изготовления деталей приводит к погрешности определения объемных расходов жидкости, при этом погрешность существенно возрастает при увеличении скорости потоков.

Известен также объемный расходомер, включающий мерную камеру и кольцевой ротор [4]. В этом техническом решении была попытка увеличить точность за счет исполнения ротора с фиксирующим кольцом, чтобы до полного наполнения мерной камеры кольцо не двигалось с места.

Однако это решение не обладает высокой надежностью и, по существу, в промышленном масштабе реализовано не было.

В качестве прототипа принят счетчик жидкости с кольцевым поршнем [5], содержащий измерительную камеру и счетный механизм, в котором кольцевой поршень снабжен составным ползуном, кинематически связанным с направляющей, вынесенной из внутренней полости измерительной камеры, и подшипниковой втулкой, установленной на оси и соединенной подпятником кривошипа и валиком с подшипниковой втулкой днища. Такое выполнение прототипа направлено на уменьшение потери напора и увеличения срока службы.

Недостатком прототипа является, также как и аналогов, зависимость точности измерения обусловленной погрешностью изготовления деталей и скоростью вращения датчика.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений при массовом производстве дешевых датчиков, когда погрешности изготовления деталей значительны и расширение диапазона измерения потоков жидкости при неизменной точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что в известном датчике расхода жидкости, содержащем объемное измерительное устройство с входным и выходным отверстиями, цилиндрической измерительной камерой с размещенным в ней эксцентричным кольцом-поршнем и укрепленными на упомянутом кольце по меньшей мере одним бесконтактным датчиком положения, детектор для регистрации вращения кольца-поршня, согласно изобретению, дополнительно содержит контроллер с блоком фильтрации сигнала детектора вращения и блок нормирования сигнала.

Поставленная задача решается также и тем, что блок нормирования сигнала выполнен в виде блока предварительного вычисления расхода, селектора каналов, при этом выход блока фильтрации сигнала соединен с входом селектора каналов, выход блока предварительного вычисления расхода с управляющим входом селектора каналов, а каждый канал снабжен пропорциональным преобразователем сигнала со своим коэффициентом преобразования.

Поставленная задача решается также и тем, что бесконтактный датчик положения выполнен магнитным, при этом вокруг датчика положения выполнен магнитозащитный экран с отверстием для вывода сигнала.

Такое выполнение датчика позволяет, во-первых, исключить ложные срабатывания, возникающие при гидравлических ударах в системе, и во-вторых, каждый датчик снабдить индивидуальными тарировочными значениями, которые зависят от количества жидкости, протекающей в единицу времени через датчик. Эти коэффициенты определяются для каждого датчика индивидуально при обкатке на стендах.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема датчика. На фиг. 2 - структурная схема блока нормирования сигнала.

Датчик состоит из объемного измерительного устройства 1, снабженного входным 2 и выходным 3 отверстиями. Устройство содержит цилиндрическую измерительную камеру 4, с размещенным в ней эксцентричным кольцом-поршнем 5 и укрепленном на упомянутом кольце 5 бесконтактным датчиком положения 6. Бесконтактный датчик положения 6 преимущественно выполнен в виде магнитного датчика или датчика на основе эффекта Холла. Датчик расхода содержит контроллер 7, который в свою очередь состоит из блока фильтрации сигнала (БФС) 8, блока нормирования 9. В свою очередь блок нормирования состоит из блока предварительного вычисления расхода (БПР) 10, блока селектора каналов (БСК) 11 и каналов 12 с пропорциональным преобразователем сигнала К₁. Блок нормирования может иметь и другое воплощение, реализующее табличную или аналитическую зависимость расхода жидкости

- 1 011197 и уточняющего (тарировочного) множителя, индивидуального для каждой камеры.

Устройство работает следующим образом. Датчик вставляют в трубопровод с измеряемой жидкостью, соблюдая направления течения жидкости. При включении потока кольцо-поршень 5 начинает совершать осциллирующие планетарные движения в мерной камере 4. При этом бесконтактный датчик положения 6 вырабатывает входной сигнал для контроллера 7. Этот сигнал может быть «зашумлен». Например. Если измеряют расход топлива в дизельном двигателе, возможны ложные срабатывания из-за наличия ударов в гидросистеме подачи топлива. Алгоритм фильтрации сигнала в блоке фильтрации 8 предусматривает исключение таких срабатываний, например за счет использования частотного фильтра, позволяющего исключить смежный ложный сигнал, если он приходит за период времени, за которое кольцо не может совершить одну осцилляцию. Исследования показали, что на разных двигателях, с различной степенью износа деталей и узлов топливной аппаратуры, а также на различных режимах это зашумление может составлять от 5% ложных сигналов до 90%. Алгоритм позволяет исключить эти ложные сигналы.

Отфильтрованный сигнал поступает в блок нормирования 9. В этом блоке, исходя из объема камеры 4 и частоты осцилляции кольца-поршня 5, определяют предварительный расход жидкости, протекающей через датчик. В зависимости от этой величины используют корректирующий коэффициент расхода, который предварительно для этого датчика и типа жидкости определяют предварительно на стенде. Тарировочные коэффициенты 11 могут быть сохранены в блоке памяти контроллера и при необходимости могут быть изменены. На выходе датчика будет выходной нормированный сигнал, который используют в любой системе счетчиков. Пример тарировочных коэффициентов приведен в таблице.

Предварительный расход, л/час	Поправочный коэффициент
св. 0 до 5	1,05
св. 5 до 15	1,02
св. 15 до 25	0,99
более 25	0,96

Аналитическая зависимость может быть получена после обработки данных с конкретного датчика, при исследовании его на стенде (не показан) и пропуска заданного нормированного количества жидкости в различных режимах. После этого данные подвергают математической обработке и получают аналитическую модель, в виде линии первого или второго порядков. Может быть использована полиномиальная аппроксимация.

Положительный эффект достигается за счет простой и надежной конструкции датчика при сохранении высокой точности измерений в широком диапазоне измерений.

В настоящее время изготовлены опытные образцы и подготовлена конструкторская документация для серийного производства на СП «Технотон» ЗАО, г. Минск.

Список литературы, принятой во внимание при экспертизе

1. Патент США 1663933, Кл. 6 01 Е 3/08, опубл. 27/03/1928.

2. П.П. Кремлевский, Расходомеры и счетчики количества вещества, справочник, книга 1, 5-е издание, Из-во Политехника, Санкт-Петербург, 2002 г., стр. 372-373.

3. Патент Швейцарии № 694827, Кл. 6 01 Е 001/075, опубл. 29/07/2005.

4. Патент Польши № 161465, Кл. 6 01 Е 3/08, опубл. 30/06/1993.

5. АС СССР № 428219.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Датчик расхода жидкости, содержащий объемное измерительное устройство с входным и выходным отверстиями, цилиндрической измерительной камерой с размещенным в ней эксцентричным кольцом-поршнем и укрепленным на упомянутом кольце по меньшей мере одним бесконтактным датчиком положения, детектор для регистрации вращения кольца-поршня, отличающийся тем, что дополнительно содержит контроллер с блоком фильтрации сигнала детектора вращения и блок нормирования сигнала.
2. Датчик расхода жидкости по п.1, отличающийся тем, что блок нормирования сигнала выполнен в виде блока предварительного вычисления расхода, селектора каналов, при этом выход блока фильтрации сигнала соединен с входом селектора каналов, выход блока предварительного вычисления расхода с управляющим входом селектора каналов, а каждый канал снабжен пропорциональным преобразователем сигнала со своим коэффициентом преобразования.
3. Датчик расхода жидкости по п.1 или 2, отличающийся тем, что бесконтактный датчик положения выполнен магнитным, при этом вокруг датчика положения выполнен магнитозащитный экран с отверстием для вывода сигнала.