RU2010162C1

RU2010162C1 - Vortex flow meter

Info

Publication number: RU2010162C1
Authority: RU
Inventors: М.С. Лурье; С.М. Плотников; А.А. Вайс; В.Н. Волынкин
Original assignee: Сибирский технологический институт
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: vortex flow meter has flow body, slit signal, casing, bimetal plate, two rods, balancing resistor, two limiting resistors, capacitor, differential amplifier, two filters, pulse former, voltage divider, comparator, indication unit. EFFECT: improved precision. 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкой среды при одновременном измерении ее температуры и концентрации примесей в ней. The invention relates to measuring technique and can be used to measure the flow rate of a liquid medium while measuring its temperature and the concentration of impurities in it.

Известен расходомер обтекания, включающий корпус, чувствительный элемент в виде пластины и вторичный преобразователь, содержащий формирователь импульсов [1] . При движении измеряемой среды чувствительный элемент колеблется с частотой, пропорциональной скорости потока. Известный расходомер не дает информации о температуре и концентрации примесей измеряемой среды. Known flow meter flow comprising a housing, a sensing element in the form of a plate and a secondary Converter containing a pulse shaper [1]. When the measured medium moves, the sensitive element oscillates with a frequency proportional to the flow velocity. The known flow meter does not provide information about the temperature and concentration of impurities of the measured medium.

Известен также датчик вихревого расходомера, включающий установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, расположенным перпендикулярно оси трубопровода, консоль установленный в канале чувствительный элемент в виде гибкой пластины, плоскость которой перпендикулярна оси канала [2] . Сигналы с известного датчика проходят последовательно усилитель, фильтр и формирователь импульсов, которые питаются от источника напряжения. С помощью известного датчика возможно одновременное измерение массового расхода и плотности среды, так как амплитуда формируемых импульсов пропорциональна произведению плотности потока на квадрат его скорости. Получение раздельной информации о расходе и плотности потока технически сложно. Кроме того, с помощью известного устройства невозможно измерение температуры и концентрации солей в протекающей среде. Also known is a vortex flowmeter sensor, including a flow body installed in the pipeline with a through slot channel located perpendicular to the axis of the pipeline, a console mounted in the channel is a sensitive element in the form of a flexible plate, the plane of which is perpendicular to the channel axis [2]. The signals from the known sensor pass sequentially amplifier, filter and pulse shaper, which are powered by a voltage source. Using the known sensor, it is possible to simultaneously measure the mass flow rate and the density of the medium, since the amplitude of the generated pulses is proportional to the product of the flux density by the square of its speed. Obtaining separate information about the flow rate and flow density is technically difficult. In addition, using the known device it is impossible to measure the temperature and concentration of salts in the flowing medium.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. The purpose of the invention is the expansion of functionality.

Цель достигается тем, что в вихревом расходомере, содержащем установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, расположенным перпендикулярно оси трубопровода, консольно установленный в канале чувствительный элемент в виде гибкой пластины, плоскость которой перпендикулярна оси канала, дифференциальный усилитель, фильтр, формирователь импульсов и источник питания, согласно изобретению, гибкая пластина выполнена биметаллической, в щелевом канале с обеих сторон от плоскости гибкой пластины установлены штыри из электропроводного материала, а расходомер содержит балансировочный и ограничительные резисторы, конденсатор и компаратор, причем выходы источника питания подключены через ограничительные резисторы к штырям и балансировочному резистору, гибкая пластина подключена на вход фильтра через конденсатор и на один из входов дифференциального усилителя, второй вход которого соединен со средней точкой балансировочного резистора, один из штырей электрически соединен с входом компаратора, другой вход которого подключен через делитель к источнику питания. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый расходомер отличается выполнением гибкой пластины биметаллической, установкой с обеих сторон от гибкой пластины штырей из электропроводного материала, наличием новых блоков: балансировочного и ограничительных резисторов, конденсатора и компаратора и их связями с остальными элементами схемы. The goal is achieved by the fact that in a vortex flow meter containing a flow around body with a through slot channel located perpendicular to the axis of the pipeline, a sensing element cantilever mounted in the channel in the form of a flexible plate, the plane of which is perpendicular to the axis of the channel, a differential amplifier, a filter, a pulse shaper and the power source according to the invention, the flexible plate is made of bimetallic, in the slotted channel on both sides of the plane of the flexible plate mounted pins of electric electrically conductive material, and the flow meter contains balancing and limiting resistors, a capacitor and a comparator, and the outputs of the power source are connected through the limiting resistors to the pins and the balancing resistor, a flexible plate is connected to the filter input through a capacitor and to one of the inputs of the differential amplifier, the second input of which is connected to the midpoint of the balancing resistor, one of the pins is electrically connected to the input of the comparator, the other input of which is connected through a divider to the source power. Comparative analysis with the prototype shows that the inventive flowmeter is distinguished by the implementation of a bimetallic flexible plate, installation of pins from electrically conductive material on both sides of the flexible plate, the presence of new blocks: balancing and limiting resistors, a capacitor and a comparator, and their connections with other circuit elements.

На фиг. 1 представлено сечение тела обтекания; на фиг. 2 - структурная схема расходомера; на фиг. 3 - зависимость выходной частоты f_вых от скорости протекания среды; на фиг. 4 - зависимость выходного напряжения U_вых1 от температуры среды; на фиг. 5 - зависимость выходного напряжения U_вых2 от концентрации солей кальция для водопроводной воды.In FIG. 1 is a sectional view of a body flowing around it; in FIG. 2 is a block diagram of a flow meter; in FIG. 3 - dependence of the output frequency f _o on the flow rate of the medium; in FIG. 4 - dependence of the output voltage U _o1 on the temperature of the medium; in FIG. 5 - dependence of the output voltage U _o2 on the concentration of calcium salts for tap water.

Вихревой расходомер содержит расположенное в трубопроводе (на фиг. не показан) тело 1 обтекания со щелевым каналом 2, перпендикулярным оси трубопровода. В теле 1 обтекания закреплен корпус 3 с установленными на нем чувствительным элементом в виде биметаллической пластины 4 и двумя штырями 5 из электропроводного материала, размещенными на одинаковом расстоянии от плоскости пластины 4. Закрепленные концы пластины 4 и штырей 5 электрически соединены с клеммами (на фиг. 1 не показаны) на корпусе 3. Пластина 4 и штыри 5 выполнены из материала, имеющего высокую коррозионную стойкость, например из нержавеющей стали. Расходомер содержит также балансировочный резистор 6, ограничительные резисторы 7, конденсатор 8 емкостью 10-700 мкФ, дифференциальный усилитель 9, фильтр 10 с частотой среза f_c10 ≈ f_вых _max (например, 25 Гц), фильтр 11 с частотой среза f_c11 << f_вых _min (например 5 Гц), формирователь 12 импульсов, делитель 13 напряжения, компаратор 14, блок 15 сигнализации и источник 16 питания постоянного тока напряжением U₀ = 15 В.The vortex flowmeter comprises a flow body 1 located in a pipeline (not shown in FIG.) With a slotted channel 2 perpendicular to the axis of the pipeline. A body 3 is fixed in the flow body 1 with a sensing element mounted thereon in the form of a bimetallic plate 4 and two pins 5 of electrically conductive material placed at the same distance from the plane of the plate 4. The fixed ends of the plate 4 and pins 5 are electrically connected to the terminals (in FIG. 1 are not shown) on the housing 3. The plate 4 and the pins 5 are made of a material having high corrosion resistance, for example stainless steel. The flowmeter also contains a balancing resistor 6, limiting resistors 7, a capacitor 8 with a capacity of 10-700 μF, a differential amplifier 9, a filter 10 with a cutoff frequency f _c10 ≈ f _out _max (for example, 25 Hz), a filter 11 with a cutoff frequency f _c11 << f _o _min (for example 5 Hz), a pulse shaper 12, a voltage divider 13, a comparator 14, an alarm unit 15 and a direct current power source 16 with a voltage of U ₀ = 15 V.

Расходомер работает следующим образом. The flow meter operates as follows.

Жидкая среда, протекая по трубопроводу, создает с обеих сторон тела 1 обтекания попеременно срывающиеся вихри и пульсации давления, поэтому в щелевом канале 2 возникает знакопеременный поток, биметаллическая пластина 4 колеблется с частотой, пропорциональной скорости жидкой среды. При колебаниях пластины 4 периодически изменяется электрическое сопротивление между ней и штырями 5, на пластине 4 образуется электрический сигнал, имеющий постоянную и переменную составляющие. Через конденсатор 8 проходит только переменная составляющая сигнала, в фильтре 10 в этой составляющей отсекаются высокочастотные помехи, а в формирователе 12 импульсов из нее формируются прямоугольные импульсы с частотой, пропорциональной скорости движения жидкой среды по трубопроводу. Зная вес импульса, можно судить об объемном расходе жидкой среды. При изменении температуры жидкой среды биметаллическая пластина 4 изгибается. Величина постоянной составляющей напряжения на пластине 4 будет пропорциональна ее изгибу, т. е. температуре жидкой среды. Эта постоянная составляющая, подающаяся на первый вход дифференциального усилителя 9, становится неравной напряжению, подающемуся на второй вход этого усилителя со средней точки балансировочного резистора 6. В этом случае кроме переменной составляющей напряжения, обусловленной колебаниями пластины 4, на выходе дифференциального усилителя 9 появится постоянная составляющая, которая и выделяется фильтром 11. На выходе фильтра 11 появится напряжение U_вых1, пропорциональное температуре жидкой среды.The liquid medium flowing through the pipeline creates alternating torn vortices and pressure pulsations on both sides of the flowing body 1, therefore an alternating flow occurs in the slot channel 2, the bimetallic plate 4 oscillates with a frequency proportional to the speed of the liquid medium. During oscillations of the plate 4, the electrical resistance between it and the pins 5 periodically changes; an electric signal is formed on the plate 4 having constant and variable components. Only the variable component of the signal passes through the capacitor 8, high-frequency noise is cut off in the filter 10 in this component, and in the pulse shaper 12, rectangular pulses are formed from it with a frequency proportional to the velocity of the liquid medium through the pipeline. Knowing the weight of the pulse, we can judge the volumetric flow rate of the liquid medium. When the temperature of the liquid medium changes, the bimetallic plate 4 bends. The magnitude of the constant component of the voltage on the plate 4 will be proportional to its bend, i.e., the temperature of the liquid medium. This constant component supplied to the first input of the differential amplifier 9 becomes unequal to the voltage supplied to the second input of this amplifier from the midpoint of the balancing resistor 6. In this case, in addition to the alternating voltage component due to vibrations of the plate 4, a constant component will appear at the output of the differential amplifier 9 , which is allocated by the filter 11. At the output of the filter 11, a voltage U _{o, 1} proportional to the temperature of the liquid medium appears.

Падение напряжения на ограничительных резисторах 7 пропорционально току, проходящему между штырями 5, который, в свою очередь, зависит от концентрации ионов примесей в растворе жидкой среды. При возрастании количества примесей в жидкой среде ток через резистор 7 увеличивается, падение напряжения на нем U_вых2 возрастает, и при определенном значении этого напряжения, задаваемого делителем 13, обрабатывают компаратор 14 и блок 15 сигнализации, сигнализируя о превышении концентрации примесей в жидкой среде заданного уровня. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 387216, кл. G 01 F 1/00, 1973.The voltage drop across the limiting resistors 7 is proportional to the current passing between the pins 5, which, in turn, depends on the concentration of impurity ions in the liquid solution. As the amount of impurities in the liquid medium increases, the current through the resistor 7 increases, the voltage drop across it U _o22 increases, and at a certain value of this voltage specified by the divider 13, the comparator 14 and the signaling unit 15 are processed, signaling that the concentration of impurities in the liquid medium exceeds the specified level . (56) 1. USSR copyright certificate N 387216, cl. G 01 F 1/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 459672, кл. G 01 F 1/00, 1975. 2. USSR author's certificate N 459672, cl. G 01 F 1/00, 1975.

Claims

A VORTEX FLOWMETER containing a flow body installed in a pipe with a through slot channel located perpendicular to the axis of the pipe, a sensor element cantilever installed in the slot channel in the form of a flexible plate, the plane of which is perpendicular to the channel axis, which is flexible so that the made of bimetallic, in parallel to it on both sides installed the first and second pins of electrically conductive material and additionally introduced a power source, followed by the properly connected differential amplifier and the first filter, the capacitor connected in series, connected by the first plate to the bimetallic plate and the first input of the differential amplifier, the second filter and pulse shaper, the first connected by the first power supply and the red-brown contact a resistor connected by the second output to the negative bus of the power supply, as well as series-connected computers an arter, an indication unit and a voltage divider connected between the positive and negative buses of the power source and connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the first output of the second limiting resistor, at the same time as the intermediate input of the the first and second limiting resistors are connected respectively to the second and first terminals to the corresponding pins.