RU2037827C1

RU2037827C1 - Fluid medium stream velocity detector

Info

Publication number: RU2037827C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Закомолдин; Б.Н. Санин
Original assignee: Индивидуальное частное предприятие "Солитон" Санина
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: sensitive element is made in form of an item with hole. The item slides along the surface of support by the hole under effect of stream. As a result, the item keeps closer to the support when the item moves in pulse mode under effect of nonuniformities of the medium. The item is isolated totally from the case and keeps stability of trajectory of revolving around the support. Damage of the case is excluded, and detector keeps its high sensitivity at wide range of measurements. EFFECT: improved precision of measurement. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для замера скорости потока в трубопроводах текучей, жидкой или газообразной среды. The invention relates to measuring technique and can be used to measure the flow rate in pipelines of a fluid, liquid or gaseous medium.

Широкое промышленное применение для измерения расхода текучей среды по изменению скорости ее потока получили турбинные расходомеры, чувствительный элемент которых выполнен в виде турбинки с лопастями, ось которой опирается на подпятник и подшипник [1]
Под действием потока текучей среды турбинка вращается. Снимают скорость вращения турбинки, по которой определяют скорость течения потока. Диапазон измерения достаточно высокий 1:100.Turbine flow meters have received wide industrial application for measuring the flow rate of a fluid by changing its flow rate, the sensitive element of which is made in the form of a turbine with blades, the axis of which rests on the thrust bearing and bearing [1]
Under the influence of the fluid flow, the turbine rotates. Remove the speed of rotation of the turbine, which determines the speed of flow. The measuring range is quite high 1: 100.

Недостатком этой конструкции является необходимость подпятника, подшипников, которые требуют смазки, герметичности, так как они могут находиться в агрессивной жидкой среде, что усложняет конструкцию. The disadvantage of this design is the need for a thrust bearing, bearings that require lubrication, tightness, since they can be in an aggressive liquid environment, which complicates the design.

Проблема исключения подшипников, подпятника решена конструкцией шарикового расходомера, содержащего корпус, в котором свободно размещен шарик из металла или из резины, пластмассы с металлическими включениями. Расходомер имеет средство для закручивания поступающего потока текучей среды в виде турбинки или корпуса с тангенциальным подводом, упорное кольцо (опору) внутри корпуса и опорную поверхность [2] По частоте вращения шарика в корпусе определяют скорость потока текучей среды и, соответственно, ее расход. The problem of excluding bearings and a thrust bearing is solved by the design of a ball flow meter containing a housing in which a ball of metal or rubber, plastic with metal inclusions is freely placed. The flow meter has a means for swirling the incoming fluid flow in the form of a turbine or housing with a tangential inlet, a thrust ring (support) inside the housing and a supporting surface [2] The speed of the fluid in the housing determines the flow rate of the ball and, accordingly, its flow rate.

С решением проблемы изъятия подшипников и подпятника в шариковых расходомерах возникли новые проблемы: при нарушении однородности текучей среды (наличие инородных тел, газа, разрыва потока), гидроударах, резких перепадах давления чувствительный элемент (шарик) скачкообразно изменяет свою траекторию, что приводит к его соударениям с опорным кольцом, корпусом и другими деталями, ограничивающими рабочую полость, что приводит к повышенному износу и быстрому выходу из строя всего устройства; уменьшение размеров шарика снижает износ деталей устройства, но приводит к уменьшению силы, действующей на шарик со стороны потока, и, как следствие, к снижению чувствительности расходомера; узкий диапазон измерений, не позволяющий использовать данное известное устройство при точных измерениях расходов. With the solution of the problem of removing bearings and thrust bearings in ball flowmeters, new problems arose: when the uniformity of the fluid (the presence of foreign bodies, gas, flow rupture) is disturbed, water hammers, sudden changes in pressure, the sensitive element (ball) changes its path in a jump, which leads to its collisions with a support ring, a housing and other parts that limit the working cavity, which leads to increased wear and quick failure of the entire device; reducing the size of the ball reduces the wear of parts of the device, but leads to a decrease in the force acting on the ball from the flow side, and, as a result, to a decrease in the sensitivity of the flow meter; a narrow measurement range that does not allow the use of this known device for accurate flow measurements.

Цель изобретения расширение диапазона измерений. The purpose of the invention is the expansion of the measurement range.

Цель достигается тем, что в датчике, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, средство для закручивания потока, установленную внутри корпуса опору, чувствительный элемент, размещенный в полости корпуса с возможностью вращения, и преобразователь вращения чувствительного элемента в электрический сигнал, опора выполнена в виде полого стержня, а чувствительный элемент в виде детали с отверстием, свободно насаженной на стержень, при этом преобразователь вращения чувствительного элемента установлен на внутренней стенке полого стержня. The goal is achieved in that in the sensor containing the housing with inlet and outlet openings, means for swirling the flow, a support mounted inside the housing, a sensing element rotatably mounted in the housing cavity, and a rotation transducer of the sensing element into an electrical signal, the support is made in the form hollow rod, and the sensing element in the form of a part with a hole freely mounted on the rod, while the rotation sensor of the sensing element is mounted on the inner wall of the hollow ryezh.

Кроме того, для повышения чувствительности датчика чувствительный элемент выполнен в виде ферромагнитного кольца, охватывающего магнитом, установленным в корпусе, а преобразователь вращения чувствительного элемента в виде пьезоэлемента. In addition, to increase the sensitivity of the sensor, the sensitive element is made in the form of a ferromagnetic ring, enclosing a magnet installed in the housing, and the rotation transducer of the sensitive element in the form of a piezoelectric element.

На фиг. 1 изображен датчик, поперечный разрез; на фиг.2 частный случай исполнения датчика. In FIG. 1 shows a sensor, cross section; figure 2 is a special case of the sensor.

Датчик скорости потока текучей среды содержит корпус 1, входное 2 и выходное 3 отверстия для текучей среды со средством 4 закручивания потока, чувствительный элемент 5, преобразователь 6 вращения чувствительного элемента в сигнал, установленный внутри стержневой опоры 7. Преобразователь 6 вращения чувствительного элемента в сигнал может быть выполнен в виде катушки индуктивности (фиг. 1) или пьезоэлемента (фиг.2). Чувствительный элемент 5 выполнен в виде детали с отверстием (внешний и внутренний контуры детали произвольны: круг, эллипс, многоугольник, шестеренка и т.п.). Деталь имеет возможность обкатывания внутренней поверхностью отверстия стержневой опоры 7, для обеспечения чего деталь 5 свободно надета на стержневую опору 7, а между внутренними стенками корпуса 1 и деталью 5 имеется зазор для свободы движения детали 5. Средство 4 закручивания потока представляет собой корпус с тангенциально расположенным входным отверстием 2 (фиг.1) или тангенциальный подвод воды в зону вращения кольца (фиг.2), или направляющую потока в виде крыльчатки (на фиг. не показана) и т.п. The fluid flow rate sensor comprises a housing 1, an inlet 2 and an outlet 3 for fluid openings with flow swirling means 4, a sensing element 5, a transducer 6 for rotating the sensing element into a signal mounted inside the rod support 7. The transducer 6 for rotating the sensing element into a signal may be made in the form of an inductor (Fig. 1) or a piezoelectric element (Fig.2). The sensitive element 5 is made in the form of a part with a hole (the external and internal contours of the part are arbitrary: circle, ellipse, polygon, gear, etc.). The part has the ability to run around the inner surface of the hole of the rod support 7, to ensure that the part 5 is freely put on the rod support 7, and between the inner walls of the housing 1 and the part 5 there is a gap for the freedom of movement of the part 5. The means 4 for twisting the flow is a case with a tangentially located an inlet 2 (FIG. 1) or a tangential water supply to the ring rotation zone (FIG. 2), or a flow guide in the form of an impeller (not shown in FIG.), etc.

В одной из возможных модификаций датчика (фиг.2) чувствительный элемент 5 выполнен в виде кольца из ферромагнитного материала, например из металла с отверстиями для облегчения, или из пластмассы с ферромагнитными включениями, и окружен магнитом 8. In one of the possible modifications of the sensor (figure 2), the sensing element 5 is made in the form of a ring of ferromagnetic material, for example of metal with holes for relief, or of plastic with ferromagnetic inclusions, and is surrounded by a magnet 8.

Работает датчик следующим образом. The sensor operates as follows.

Измеряемая текучая среда поступает через входное отверстие 2 (фиг.1,2) в полость корпуса 1 и, проходя через средство 4 закручивания потока, получает вращательное движение. Закрученный поток приводит во вращение чувствительный элемент 5 из ферромагнитного материала, который обкатывает стержневую опору 7. В результате обкатывания чувствительным элементом 5 стержневой опоры 7 изменяется положение чувствительного элемента 5 относительно самой опоры и установленного внутри нее преобразователя 6 вращения чувствительного элемента в сигнал, выполненного в виде катушки индуктивности (фиг.1), в результате образуя импульс, который представляет собой переменный электрический ток, частота которого соответствует частоте вращения чувствительного элемента 5. Сигнал от преобразователя 6 вращения передается на вторичный прибор с помощью сигнальных проводов 9. В частном случае исполнения датчика (фиг.2) чувствительный элемент 5, обкатывая стержневую опору 7, деформирует ее. Деформация стержневой опоры 7 передается на пьезоэлемент 6, установленный внутри опоры 7, при помощи которого деформация преобразуется в переменный электрический ток, частота которого соответствует частоте вращения чувствительного элемента. Далее измеряемая текучая среда удаляется через выходное отверстие 3. The measured fluid enters through the inlet 2 (Fig.1,2) into the cavity of the housing 1 and, passing through the means 4 for swirling the flow, receives a rotational movement. The swirling flow drives the sensing element 5 of ferromagnetic material, which rolls in the rod support 7. As a result of rolling the sensing element 5 of the rod support 7, the position of the sensing element 5 changes relative to the support and the transducer 6 of rotation of the sensing element installed inside it, made in the form inductors (Fig. 1), resulting in a pulse, which is an alternating electric current, the frequency of which corresponds to an hour OTE rotation sensor 5. The signal from the rotation transducer 6 is transmitted to the secondary device via signal wires 9. In the particular case of a sensor (2) performance of the sensor 5, obkatyvaya pivotal support 7, deforms it. The deformation of the rod support 7 is transmitted to the piezoelectric element 6 installed inside the support 7, by which the deformation is converted into alternating electric current, the frequency of which corresponds to the rotational speed of the sensing element. Next, the measured fluid is removed through the outlet 3.

Траектория перемещения детали 5 (фиг. 1) ограничивается в радиальном направлении стержневой опорой 7, а в осевом направлении перемещение детали 5 невозможно в результате выполнения стержневой опоры 7 в виде эллипсоида, кроме того деталь 5 удерживается на опоре, не разрушая корпус 1, за счет центробежных сил. В частном случае исполнения датчика (фиг.2) перемещение кольца 5 в осевом направлении невозможно в результате центрирующего действия магнитного поля магнита 8. Кроме того, магнитное поле создает усилие, деформирующее через чувствительный элемент 5 стержневую опору 7, что повышает чувствительность преобразователя вращения чувствительного элемента в сигнал при малых частотах вращения. Магнитное поле магнита 8 прижимает ферромагнитное кольцо 5 к опоре 7, что позволяет кольцо 5 выполнять облегченным. The trajectory of movement of the part 5 (Fig. 1) is limited in the radial direction by the rod support 7, and in the axial direction, the movement of the part 5 is impossible as a result of the execution of the rod support 7 in the form of an ellipsoid, in addition, the part 5 is held on the support without destroying the housing 1, due to centrifugal forces. In the particular case of the sensor (Fig. 2), the movement of the ring 5 in the axial direction is impossible due to the centering action of the magnetic field of the magnet 8. In addition, the magnetic field creates a force that deforms the rod support 7 through the sensor 5, which increases the sensitivity of the rotation of the sensor into the signal at low speeds. The magnetic field of the magnet 8 presses the ferromagnetic ring 5 to the support 7, which allows the ring 5 to perform lightweight.

Для определения скорости потока текучей среды снимают частоту вращения чувствительного элемента 5 при обкатывании с помощью преобразователя 6 вращения чувствительного элемента в сигнал, который выполнен в виде катушки индуктивности (фиг. 1) или пьезоэлемента (фиг.2), установленного (например, запрессованного) внутри стержневой опоры 7. To determine the flow rate of the fluid, the rotational speed of the sensing element 5 is removed when the sensing element rotates into the signal using a transducer 6, which is made in the form of an inductor (Fig. 1) or a piezoelectric element (Fig. 2) installed (for example, pressed-in) inside rod support 7.

Claims

1. Fluid flow rate sensor comprising a housing with inlet and outlet openings, means for swirling the flow, a support mounted inside the housing, a sensing element rotatably disposed in the housing cavity, and a transducer for rotating the sensing element into an electrical signal, characterized in that the support is made in the form of a hollow rod, and the sensing element is in the form of a part with a hole freely mounted on the rod, while the transducer rotates the sensing element into an electric one the signal is mounted on the inner wall of the hollow rod.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the sensitive element is made in the form of a ferromagnetic ring covered by a magnet installed in the housing, and the transducer rotates the sensitive element into an electric signal in the form of a piezoelectric element.