RU2130590C1

RU2130590C1 - Device for measurement of flow rates of media

Info

Publication number: RU2130590C1
Application number: RU97101775A
Authority: RU
Inventors: В.В. Власов; Г.М. Садчикова
Original assignee: Балаковский институт техники, технологии и управления
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1999-05-20

Abstract

FIELD: measurement of flow rates of dielectric liquids. SUBSTANCE: working and measuring electrodes form flow with inner side walls of cylindrical metal housing. One electrode located on end surfaces of housing has form of segment of sphere. Supply voltage is fed to working electrode. Change in flow rate causes reduction of induced potential at measuring electrode. EFFECT: enhanced sensitivity; low cost. 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерению расхода текучих сред и предназначено для измерения расхода диэлектрической жидкости. The invention relates to measuring the flow rate of fluids and is intended to measure the flow rate of dielectric fluid.

Известен датчик электромагнитного расходомера, содержащий немагнитную трубу с фланцами на концах, два измерительных электрода, футерованных пластмассовой гильзой (а.с. СССР N 187344). Недостатком такого датчика являются: во-первых, сложность изготовления электродов, обусловленная их формой; во-вторых, большие габариты и вес. A known sensor of an electromagnetic flow meter containing a non-magnetic pipe with flanges at the ends, two measuring electrodes lined with a plastic sleeve (AS USSR N 187344). The disadvantage of such a sensor are: firstly, the complexity of the manufacture of electrodes due to their shape; secondly, large dimensions and weight.

Прототипом изобретения является устройство для измерения расхода, содержащее рабочий и измерительный электроды, источник питания, измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей (а.с. СССР N 1553830). The prototype of the invention is a device for measuring flow, containing a working and measuring electrodes, a power source, a measuring device connected between the measuring electrode and the ground (AS USSR N 1553830).

Этот датчик расхода обладает малой инерционностью по сравнению с аналогом (а.с. СССР N 187344), поскольку процесс поляризации жидкости, на котором основан принцип действия поляризационного расходомера, происходит за время порядка 10^-12с.This flow sensor has a low inertia compared to the analogue (USSR AS N 187344), since the process of liquid polarization, on which the principle of operation of a polarization flow meter is based, takes about 10 ^-12 s.

Недостатком такого расходомера являются низкие технологичность и чувствительность, обусловленные прямоугольной формой проточной части и плоскопараллельными электродами. The disadvantage of this flow meter is its low manufacturability and sensitivity, due to the rectangular shape of the flow part and plane-parallel electrodes.

Цель предлагаемого технического решения - увеличение чувствительности датчика расхода. The purpose of the proposed technical solution is to increase the sensitivity of the flow sensor.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения расхода, содержащем входной канал, корпус, рабочий и измерительный электроды, образующие с его внутренними боковыми стенками проточную часть, источник питания для подачи напряжения на рабочий электрод и измерительный прибор, включенный между измерительным электродом и землей, ось входного канала перпендикулярна оси металлического корпуса, выполненного цилиндрическим, а один из электродов, расположенных на торцевых поверхностях корпуса, имеет форму сегмента сферы, при этом устройство снабжено изолирующими втулками. This goal is achieved by the fact that in the device for measuring the flow rate, comprising an input channel, a housing, a working and measuring electrodes forming a flow part with its inner side walls, a power source for supplying voltage to the working electrode and a measuring device connected between the measuring electrode and the ground , the axis of the input channel is perpendicular to the axis of the metal body made cylindrical, and one of the electrodes located on the end surfaces of the body has the shape of a segment of a sphere, at th device is provided with insulating sleeves.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение отличается тем, что в нем проточная часть образована внутренними боковыми стенками металлического корпуса цилиндрической формы и двумя электродами, которые расположены на торцевых поверхностях корпуса, причем один из электродов выполнен в виде сегмента сферы, что соответствует критерию "новизна". Compared with the prototype, the proposed technical solution is characterized in that the flow part is formed by the inner side walls of the cylindrical metal casing and two electrodes that are located on the end surfaces of the casing, and one of the electrodes is made in the form of a sphere segment, which meets the criterion of "novelty" .

Выделенные признаки с их функциями не выявлены в других технических решениях, что соответствует критерию "существенное отличие". The distinguished features with their functions are not identified in other technical solutions, which meets the criterion of "significant difference".

Положительным эффектом при осуществлении заявляемого технического решения будет увеличение чувствительности датчика расхода. Кроме того, отпадает необходимость в использовании высоковольтного источника питания и спецэлектрометрического усилителя, следствием чего является снижение стоимости всего устройства в целом, а также увеличение безопасности при эксплуатации. A positive effect in the implementation of the proposed technical solution will be an increase in the sensitivity of the flow sensor. In addition, there is no need to use a high-voltage power supply and a special electrometric amplifier, resulting in a reduction in the cost of the entire device as a whole, as well as an increase in operating safety.

Устройство для измерения расхода приведено на фиг. 1а, б. A device for measuring flow is shown in FIG. 1a, b.

Устройство для измерения расхода содержит металлический корпус 1, рабочий электрод 2, выполненный в виде сегмента сферы, плоскопараллельный измерительный электрод 3, входной 4 и выходной 5 каналы, крепежные фланцы 6, крепежные втулки 7, проточную часть 8, изолирующие втулки 9. Проточная часть 8 образована внутренними боковыми стенками металлического корпуса 1 и электродами, образующими торцевые поверхности проточной части преобразователя расхода. The flow measuring device comprises a metal housing 1, a working electrode 2 made in the form of a sphere segment, a plane-parallel measuring electrode 3, input 4 and output 5 channels, mounting flanges 6, mounting sleeves 7, flow part 8, insulating sleeves 9. Flow part 8 formed by the inner side walls of the metal housing 1 and the electrodes forming the end surfaces of the flow part of the flow transducer.

Схема для подключения устройства для измерения расхода приведена на фиг. 2. A circuit for connecting a flow measuring device is shown in FIG. 2.

На рабочий электрод 2 подается напряжение 20-60 B от источника U_y. Измерительный прибор 1, которым является миллиамперметр, подключенный к измерительному электроду 3, заземляется.The working electrode 2 is supplied with a voltage of 20-60 V from the source U _y . The measuring device 1, which is a milliammeter connected to the measuring electrode 3, is grounded.

Статическая характеристика устройства для измерения расхода приведена на фиг. 3. The static characteristic of the flow measuring device is shown in FIG. 3.

Работа устройства для измерения расхода осуществляется следующим образом: рабочий поток жидкости подается в устройство по входному каналу 4, ось которого перпендикулярна оси цилиндрического корпуса. Далее поток попадает в проточную часть 8 устройства. The operation of the device for measuring the flow rate is as follows: the working fluid flow is supplied to the device through the input channel 4, the axis of which is perpendicular to the axis of the cylindrical body. Next, the flow enters the flow part 8 of the device.

Проточная часть 8 образована поверхностями рабочего 2 и измерительного 3 электродов, которые крепятся в корпусе 1 с помощью крепежных втулок 7 и внутренними стенками корпуса 1. От источника управляющего напряжения U_y подают напряжение порядка 20-60 B на рабочий электрод. Под действием внешнего электрического поля жидкость поляризуется, молекулы диэлектрика будут ориентироваться вдоль силовых линий поля, создавая при этом внутреннее поле, которое направлено противоположно внешнему полю и ослабляет его. При поляризации диэлектрика его результирующий электрический момент становится отличным от нуля.The flowing part 8 is formed by the surfaces of the working 2 and measuring 3 electrodes, which are mounted in the housing 1 by means of mounting sleeves 7 and the inner walls of the housing 1. From the control voltage source U _{y, a} voltage of about 20-60 V is applied to the working electrode. Under the action of an external electric field, the liquid is polarized, the dielectric molecules will orient themselves along the field lines of force, creating an internal field that is opposite to the external field and weakens it. With polarization of the dielectric, its resulting electric moment becomes nonzero.

Как показали многочисленные эксперименты, наведенный потенциал на измерительном электроде обусловлен не только напряженностью электростатического поля и скоростью течения жидкости, но и градиентом напряженности электростатического поля и градиентом скорости движения жидкости в проточной части, при этом наибольший градиент электростатического поля наблюдается в местах наибольшего искривления силовых линий электростатического поля. Увеличение градиента скорости течения жидкости достигается за счет цилиндрической формы проточной части преобразователя расхода, так как ось цилиндра перпендикулярна усредненному вектору скорости жидкости и поток жидкости при входе в проточную часть преобразователя расхода расширяется, а при выходе из проточной части сужается. Увеличение градиента напряженности электростатического поля достигается за счет того, что один из электродов выполнен в виде сегмента сферы, что приводит к искривлению силовых линий электростатического поля. Эти факторы приводят к увеличению чувствительности датчика. As shown by numerous experiments, the induced potential at the measuring electrode is caused not only by the strength of the electrostatic field and the velocity of the fluid, but also by the gradient of the strength of the electrostatic field and the gradient of the velocity of the fluid in the flow part, while the largest gradient of the electrostatic field is observed at the places of the greatest curvature of the electrostatic field lines fields. An increase in the velocity gradient of the fluid flow is achieved due to the cylindrical shape of the flow part of the flow transducer, since the axis of the cylinder is perpendicular to the average fluid velocity vector and the fluid flow expands when it enters the flow part of the flow transducer and narrows when it exits the flow part. An increase in the gradient of the intensity of the electrostatic field is achieved due to the fact that one of the electrodes is made in the form of a segment of a sphere, which leads to a curvature of the lines of force of the electrostatic field. These factors increase the sensitivity of the sensor.

При изменении расхода (например, при увеличении расхода жидкости) наведенный потенциал на измерительном электроде уменьшается, так как при этом будет увеличиваться плотность связанных зарядов, которая меняется пропорционально расходу жидкости. При этом будет увеличиваться внутреннее поле поляризованного диэлектрика и наведенный потенциал на измерительном электроде будет уменьшаться. When the flow rate changes (for example, when the fluid flow rate increases), the induced potential at the measuring electrode decreases, since this will increase the density of the bound charges, which varies in proportion to the fluid flow rate. In this case, the internal field of the polarized dielectric will increase and the induced potential at the measuring electrode will decrease.

На фиг. 3 показана статическая характеристика устройства для измерения расхода при увеличении расхода от 0 до 25 см³/с при напряжении на рабочем электроде 20, 40 и 60 B. Измеряемая среда - питьевая водопроводная вода.In FIG. Figure 3 shows the static characteristic of a device for measuring flow with increasing flow from 0 to 25 cm ³ / s at a voltage on the working electrode of 20, 40 and 60 B. The medium to be measured is drinking tap water.

Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения перед аналогичными состоят в следующем:
1. увеличении чувствительности, что связано с цилиндрической формой проточной части преобразователя расхода и формой одного из электродов, который выполнен в виде сегмента сферы,
2. снижении стоимости устройства для измерения расхода и увеличении безопасности работы, так как нет необходимости в высоковольтном источнике питания и спецэлектрометрическом усилителе,
3. улучшении технологичности конструкции преобразователя расхода.Thus, the technical and economic advantages of the present invention over similar ones are as follows:
1. an increase in sensitivity, which is associated with the cylindrical shape of the flow part of the flow transducer and the shape of one of the electrodes, which is made in the form of a segment of a sphere,
2. reducing the cost of the device for measuring flow and increasing the safety of operation, since there is no need for a high-voltage power supply and a special electrometric amplifier,
3. improving the manufacturability of the design of the flow Converter.

Claims

A device for measuring flow, comprising an input channel, a housing, a working and measuring electrodes, forming a flow part with its inner side walls, a power source for supplying voltage to the working electrode and a measuring device connected between the measuring electrode and the ground, characterized in that the input axis the channel is perpendicular to the axis of the metal body made cylindrical, and one of the electrodes located on the end surfaces of the body has the shape of a sphere segment, while the device is equipped with wife insulating sleeves.