RU159105U1

RU159105U1 - LIQUID SPEED MEASUREMENT DEVICE

Info

Publication number: RU159105U1
Application number: RU2015130206/28U
Authority: RU
Inventors: Валерий Григорьевич Максименко; Яна Валерьевна Мачина; Олег Григорьевич Максименко
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-01-27

Abstract

Устройство для измерения скорости жидкости, содержащее лопасть, установленную на пружине на стенке трубопровода с возможностью упругого перемещения под воздействием потока жидкости, и измерительный блок, отличающееся тем, что в него введены источник света и фотоприемник, расположенные друг против друга так, что лопасть частично перекрывает световой поток от источника света к фотоприемнику, при этом лопасть выполнена непрозрачной, а измерительный блок подключен к выходу фотоприемника.A device for measuring the velocity of a fluid, comprising a blade mounted on a spring on the wall of the pipeline with the possibility of elastic movement under the influence of a fluid flow, and a measuring unit, characterized in that a light source and a photodetector are placed opposite each other so that the blade partially overlaps the luminous flux from the light source to the photodetector, while the blade is made opaque, and the measuring unit is connected to the output of the photodetector.

Description

Полезная модель относится к электроизмерениям и может быть использована для измерения скорости прозрачной жидкости и ее флуктуаций.The utility model relates to electrical measurements and can be used to measure the speed of a transparent liquid and its fluctuations.

Известно устройство для измерения скорости электропроводной жидкости [Способ измерения расхода электропроводной жидкости. Патент RU №2474790, МПК G01F 1/58, 2013], содержащее два электрода, подключенные к измерительному блоку, представляющему собой измеритель электрического сопротивления. При этом один электрод закреплен неподвижно, а другой - через упругий элемент с обеспечением возможности перемещения этого электрода под действием потока жидкости относительно неподвижно закрепленного. Изменение скорости жидкости вызывает изменение электрического сопротивления между электродами, которое регистрирует измерительный блок. По его величине определяют скорость жидкости. Недостатком известного устройства является его низкая чувствительность. Сопротивление между электродами изменяется в небольших пределах, поскольку в первую очередь оно определяется размерами электродов и объемом жидкости, в котором протекает ток, а уже во вторую очередь на него оказывает влияние взаимное расположение электродов.A known device for measuring the speed of an electrically conductive fluid [Method for measuring the flow rate of an electrically conductive fluid. Patent RU No. 2474790, IPC G01F 1/58, 2013], containing two electrodes connected to a measuring unit, which is a meter of electrical resistance. In this case, one electrode is fixed motionless, and the other through an elastic element with the possibility of moving this electrode under the action of a fluid flow relatively motionless fixed. A change in the fluid velocity causes a change in the electrical resistance between the electrodes, which is recorded by the measuring unit. The fluid velocity is determined by its magnitude. A disadvantage of the known device is its low sensitivity. The resistance between the electrodes varies within small limits, since it is primarily determined by the size of the electrodes and the volume of liquid in which the current flows, and, secondly, it is affected by the relative position of the electrodes.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для измерения скорости жидкости, содержащее погруженную в поток жидкости лопасть, установленную с возможностью поворота на оси с возвратной пружиной. На лопасть действует гидродинамическая сила потока, которая уравновешивается силой возвратной пружины. Положение равновесия лопасти зависит от скорости потока жидкости и преобразуется в электрический сигнал с помощью потенциометра, ось которого скреплена с осью вращения лопасти. [Аш Ж. с соавторами. Датчики измерительных систем: в 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с франц. - М.: Мир, 1992. - 424 с.]. Электрический сигнал с потенциометра поступает на измерительный блок, в качестве которого в простейшем случае может быть использован вольтметр. Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие, следствием которого является низкая точность при измерении флуктуаций скорости, а также низкая надежность и сложность осуществления.The closest in technical essence to the claimed is a device for measuring fluid velocity, containing a blade immersed in the fluid flow, mounted with the possibility of rotation on an axis with a return spring. The blade is affected by the hydrodynamic force of the flow, which is balanced by the force of the return spring. The equilibrium position of the blade depends on the fluid flow rate and is converted into an electrical signal using a potentiometer, the axis of which is fixed to the axis of rotation of the blade. [Ash J. et al. Sensors of measuring systems: in 2 books. Prince 2. Trans. with french - M .: Mir, 1992. - 424 p.]. The electric signal from the potentiometer is fed to the measuring unit, in which, in the simplest case, a voltmeter can be used. The disadvantages of the known device are low speed, the result of which is low accuracy when measuring fluctuations in speed, as well as low reliability and complexity of implementation.

Техническая задача, решаемая в заявленной полезной модели, заключается в повышении быстродействия и точности измерения флуктуаций скорости, а также упрощении и повышении надежности устройства.The technical problem solved in the claimed utility model is to increase the speed and accuracy of measuring velocity fluctuations, as well as simplify and increase the reliability of the device.

Поставленная техническая задача решается тем, что в устройство для измерения скорости жидкости, содержащее лопасть, установленную на пружине на стенке трубопровода с возможностью упругого перемещения под воздействием потока жидкости и измерительный блок, введены источник света и фотоприемник, расположенные друг против друга так, что лопасть частично перекрывает световой поток от источника света к фотоприемнику, при этом лопасть выполнена непрозрачной, а измерительный блок подключен к выходу фотоприемника.The stated technical problem is solved in that a light source and a photodetector are introduced, which are partially opposed to each other, so that the blade is partially installed in a device for measuring the speed of a fluid containing a blade mounted on a spring on a pipe wall with the possibility of elastic movement under the influence of a fluid flow and a measuring unit blocks the luminous flux from the light source to the photodetector, while the blade is made opaque, and the measuring unit is connected to the output of the photodetector.

На фиг. 1 показано устройство для измерения скорости жидкости. Оно содержит лопасть 1, установленную на пружине 2, источник 3 света, фотоприемник 4, измерительный блок 5, включающий усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7 и компьютер 8, а также источник 9 питания. Конец пружины 2 закреплен на стенке трубопровода 10.In FIG. 1 shows a device for measuring fluid velocity. It contains a blade 1 mounted on a spring 2, a light source 3, a photodetector 4, a measuring unit 5, including an amplifier 6, an analog-to-digital converter (ADC) 7 and a computer 8, as well as a power source 9. The end of the spring 2 is fixed to the wall of the pipeline 10.

Устройство работает следующим образом. Источник 3 света, в качестве которого может служить светоизлучающий диод, питающийся от источника 9, формирует слабо расходящийся пучок света. На оси этого пучка установлен фотоприемник 4, в качестве которого может быть использован фотодиод. Между источником 3 света и фотоприемником 4 расположена непрозрачная лопасть 1, которая перекрывает часть светового пучка. В конструкции изображенного на фиг. 1 устройства плоскость лопасти 1 параллельна вектору скорости жидкости, однако лопасть 1 имеет отогнутый край, перпендикулярный вектору скорости жидкости. Этот край лопасти переходит в плоскую пружину 2, конец которой закреплен на стенке трубопровода 10. При движении жидкости поток набегает на отогнутый край лопасти 1 и пружину и действует на них с силой, зависящей от скорости потока. Пружина 2 изгибается до тех пор, пока момент силы от воздействия потока жидкости не уравновешивается моментом изогнутой пружины 2. Лопасть отклоняется от исходного положения, в результате чего световой поток, падающий на фотоприемник, изменяет свою величину. На выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, зависящий от скорости жидкости, который поступает на измерительный блок 5, включающий в себя усилитель 6, АЦП 7 и компьютер 8. Флуктуации скорости жидкости вызывают модуляцию светового потока, падающего на фотоприемник, и соответствующие им флуктуации электрического сигнала на выходе фотоприемника. Усилитель 6 усиливает их до уровня, необходимого для нормальной работы аналого-цифрового преобразователя 7. Данные с выхода АЦП 7 поступают на компьютер 8, осуществляющий преобразование электрического сигнала в информацию о скорости жидкости и ее флуктуациях.The device operates as follows. A light source 3, which can be a light emitting diode, powered by a source 9, forms a weakly diverging beam of light. A photodetector 4 is installed on the axis of this beam, which can be used as a photodiode. Between the light source 3 and the photodetector 4 is an opaque blade 1, which overlaps part of the light beam. In the construction of FIG. 1 of the device, the plane of the blade 1 is parallel to the fluid velocity vector, however, the blade 1 has a bent edge perpendicular to the fluid velocity vector. This edge of the blade passes into a flat spring 2, the end of which is fixed to the wall of the pipeline 10. When the fluid moves, the flow runs onto the bent edge of the blade 1 and the spring and acts on them with a force depending on the flow velocity. The spring 2 is bent until the moment of force from the influence of the fluid flow is balanced by the moment of the bent spring 2. The blade deviates from its original position, as a result of which the light flux incident on the photodetector changes its value. At the output of the photodetector, an electrical signal is generated, depending on the liquid velocity, which is fed to the measuring unit 5, which includes an amplifier 6, an ADC 7, and computer 8. Fluctuations in the liquid velocity cause modulation of the light flux incident on the photodetector and the corresponding fluctuations in the electric signal photodetector output. Amplifier 6 amplifies them to the level necessary for the normal operation of the analog-to-digital converter 7. Data from the output of the ADC 7 goes to computer 8, which converts the electrical signal into information about the speed of the fluid and its fluctuations.

Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в увеличении быстродействия и точности измерения флуктуаций скорости, а также упрощении устройства. Это достигнуто за счет того, что лопасть имеет минимальную массу, а фотоприемник, регистрирующий ее перемещение под действием потока жидкости, не имеет механической связи с лопастью. Источник 3 света и фотоприемник 4 в практической конструкции устройства могут располагаться вне жидкости за прозрачными стенками трубопровода или за прозрачными окнами в стенках трубопровода, что повышает надежность работы устройства.The technical result achieved by using the proposed device is to increase the speed and accuracy of measuring velocity fluctuations, as well as simplifying the device. This is achieved due to the fact that the blade has a minimum mass, and the photodetector, recording its movement under the action of the fluid flow, has no mechanical connection with the blade. The light source 3 and the photodetector 4 in the practical design of the device can be located outside the liquid behind the transparent walls of the pipeline or behind the transparent windows in the walls of the pipeline, which increases the reliability of the device.

Экспериментальная проверка показала, что при скорости потока жидкости порядка 1 м/с и пульсации скорости около 1% устройство обеспечивает измерение пульсации скорости в полосе частот до 100 Гц с превышением полезного сигнала над шумом не менее 30 дБ по амплитуде.Experimental verification showed that at a fluid flow rate of about 1 m / s and a velocity pulsation of about 1%, the device provides a measurement of the velocity pulsation in the frequency band up to 100 Hz with an excess of the useful signal over the noise of at least 30 dB in amplitude.

Claims

A device for measuring the velocity of a fluid, comprising a blade mounted on a spring on the wall of the pipeline with the possibility of elastic movement under the influence of a fluid flow, and a measuring unit, characterized in that a light source and a photodetector are placed opposite each other so that the blade partially overlaps the light flux from the light source to the photodetector, while the blade is made opaque, and the measuring unit is connected to the output of the photodetector.