RU224996U1 - Струйный датчик расхода - Google Patents
Струйный датчик расхода Download PDFInfo
- Publication number
- RU224996U1 RU224996U1 RU2023134502U RU2023134502U RU224996U1 RU 224996 U1 RU224996 U1 RU 224996U1 RU 2023134502 U RU2023134502 U RU 2023134502U RU 2023134502 U RU2023134502 U RU 2023134502U RU 224996 U1 RU224996 U1 RU 224996U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sdr
- pchsp
- flow
- jet
- fcsp
- Prior art date
Links
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 101100060007 Caenorhabditis elegans mig-22 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Струйный датчик расхода относится к измерительным устройствам и может быть использован для измерения расходов газа или жидкости. Технический результат заключается в создание относительно простого датчика расхода с расширенным рабочим диапазоном, с ограниченным и без резких изменений рабочим перепадом давлений. Для достижения технического результата струйный датчик расхода содержит два идентичных последовательно расположенных первичных частотных струйных преобразователя (ПЧСП) с преобразованием пульсаций давления в выходной электрический сигнал. Параллельно первому ПЧСП установлен управляемый клапан, проходное сечение которого изменяется в зависимости от перепада, а параллельно второму ПЧСП установлено сужающее устройство. Использование полезной модели позволяет измерять расход газа или жидкости в производственных процессах, в системах автоматического регулирования и в узлах учета. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к измерительным устройствам и может быть использована для измерения расходов газа или жидкости в производственных процессах, в системах автоматического регулирования, например, ГТД, а также в узлах учета энергоресурсов (для коммерческого учета).
Известен струйный датчик расхода (СДР) («Приборы и устройства струйной техники», Материалы краткосрочного семинара 12-13 февраля 1980 года, Ленинград, Ленинградский дом научно-технической пропаганды), представляющий собой первичный частотный струйный преобразователь расхода (ПЧСП), содержащий струйный переключатель (СП) с каналами обратной связи, соединяющими выходные каналы СП с управляющими соплами СП и подключенный к выходным каналам СП бароэлектропреобразователь (БЭП), причем параллельно ПЧСП установлено сужающее устройство (СУ). Недостаток этого устройства - небольшой диапазон измеряемых расходов.
Наиболее близким техническим решением является струйный датчик расхода (СДР) (свидетельство на полезную модель №3820, G01F 1/00, от 28.02.1995), содержащий первичный частотный струйный преобразователь (ПЧСП), выполненный в виде струйного переключателя (СП), замкнутого отрицательными обратными связями, имеющий бароэлектропреобразователь (БЭП) (преобразователь пульсаций давления рабочей среды в электрический сигнал), подключенный к выходным каналам СП, причем (для увеличения диапазона измерения) параллельно ПЧСП подключены последовательно сужающее устройство (СУ) и управляемый (по электрическому сигналу) клапан (УК).
Недостатком такого СРД является излишняя его сложность - наличие электроуправляемого клапана с системой управления, Также релейное изменение перепада на СДР при открытии (закрытии) управляемого клапана, что, например, при применении данного СДР в системе управления подачи топлива в камеру сгорания ГТД, после релейного подключения (отключения) СУ в СДР, может вызвать нестабильную работу САУ, что снижает область применения этого СДР.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является создание относительно простого датчика расхода с расширенным по расходу рабочим диапазоном, с ограниченным рабочим перепадом давлений, без резких изменений перепада давлений на СДР во время его работы.
Для достижения указанного технического результата в СДР, содержащем первичный частотный струйный преобразователь (ПЧСП 1), выполненный в виде струйного переключателя, вход которого соединен с входной полостью СДР, замкнутого отрицательными обратными связями, преобразователь пульсации давления в выходных каналах струйного переключателя в выходной электрический сигнал, параллельно первичному частотному струйному преобразователю установлен управляемый клапан (УК), причем последовательно с ПЧСП 1 установлен дополнительный первичный частотный струйный преобразователь (ПЧСП 2), идентичный ПЧСП 1, вход ПЧСП 2 соединен с выходом ПЧСП 1, а выход с выходной полостью СДР, и параллельно ПЧСП 2 установлено сужающее устройство (СУ), причем управляемый клапан под действием пружины при отсутствии расхода через СДР закрыт и при работе СДР управляемый клапан открывается под действием перепада давлений на первичном частотном струйном преобразователе.
Отличительные признаки заявленного СРД, а именно то, что в СДР, содержащем первичный частотный струйный преобразователь (ПЧСП 1), выполненный в виде струйного переключателя, вход которого соединен с входной полостью СДР, замкнутого отрицательными обратными связями, преобразователь пульсаций давления в выходных каналах струйного переключателя в выходной электрический сигнал, причем параллельно первичному частотному струйному преобразователю установлен управляемый клапан (УК), последовательно ПЧСП 1 установлен дополнительный первичный частотный струйный преобразователь (ПЧСП 2), идентичный ПЧСП 1, вход ПЧСП 2 соединен с выходом ПЧСП 1, а выход с выходной полостью СДР, и параллельно ПЧСП 2 установлено сужающее устройство (СУ), причем управляемый клапан под действием пружины при отсутствии расхода через СДР закрыт и при работе СДР управляемый клапан открывается под действием перепада давлений на первичном частотном струйном преобразователе, позволяют получить относительно простой по конструкции СРД с более широким диапазоном измерения расходов, с небольшим перепадом рабочих давлений, не имеющем скачков давления при открытии-закрытии УК, обладающим высокой экономичностью - не требует затрат электроэнергии на переключение электромагнитного клапана, управляющего УК.
Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1.
Устройство содержит: два идентичных последовательно установленных первичных частотных струйных преобразователей ПЧСП 1 и ПЧСП 2. Вход ПЧСП 1 соединен с входной полостью СДР, выход ПЧСП 2 соединен с выходной полостью СДР, параллельно ПЧСП 1 установлен УК 3, перепускное отверстие которого регулируется (закрывается) мембраной 4 с жестким центром 5. Отверстие может быть выполнено в корпусе и перекрываться мембраной (как показано на фиг. 1), а может быть выполнено в жестком центре мембраны и перекрываться при его приближении к корпусу. Управляющие полости мембраны 4 - полость управления открытием УК 3 и полость управления закрытием УК 3, соединены со входом и выходом первичного частотного струйного преобразователя, соответственно. В управляющей полости закрытия УК 3 установлена пружина 6, закрывающая УК 3 при малых управляющих перепадах (при отсутствии расходах через СДР). Параллельно ПЧСП 2 установлено СУ 7. Жиклер 8 может быть введен для повышения устойчивости работы УК 3.
Обработка сигналов ПЧСП производится дополнительным устройством, например электронным блоком, на фиг. 1 не показанным.
СРД работает следующим образом.
При отсутствии расхода через устройство, перепад давлений на СДР (и на мембране 4) равен нулю. УК 3 под действием пружины 6 закрыт. Для вычисления величины расхода по сигналам ПЧСП могут использоваться зависимости, приведенные далее.
На первом этапе работы СДР (FУК=0) рабочая среда, расход которой измеряется, проходит через СДР, состоящий из двух последовательно установленных идентичных ПЧСП 1 и ПЧСП 2, имеющих идентичные переходные характеристики
где:
QПЧСП - расход через ПЧСП;
f - частота выходного сигнала ПЧСП,
q - величина градуировочного коэффициента ПЧСП.
При оценке степени снижения давления на СДР, выполненном согласно предложенной полезной модели, относительно СДР выполненного на одном первичном частотном струйном преобразователе, будем рассматривать ПЧСП 1, УК 3, ПЧСП 2, СУ 7, как местные сопротивления, перепад давлений на которых пропорционален квадрату среднерасходной скорости или квадрату расхода деленного на проходную площадь:
На рассматриваемом первом этапе работы СДР (при закрытом УК) имеем площади:
F1=FПЧСП1+FУК и при закрытом УК (FУК=0) F1_0=FПЧСП1+FУК=FПЧСП1
F2=FПЧСП2+FСУ
В этом случае (FУК=0) площадь F2 больше, например, в n раз площади F1
F2=n*F1=n*FПЧСП1
здесь n - коэффициент, показывающий во сколько раз F2=FПЧСП2+FСУ больше F1_0=FПЧСП1.
В данном случае (F2=n*F1) для перепадов ΔР1 и ΔР2 на ПЧСП 1 и на ПЧСП 2 согласно формуле (2) имеем
При расходе через СДР: QСДР=QПЧСП1=QMIN,
здесь QMIN - граница нижнего рабочего диапазона расхода ПЧСП 1, при котором ПЧСП 1 формирует выходной сигнал в виде пульсаций давления с частотой fMIN. При этом имеем перепад давлений на ПЧСП 1
ΔР1=ΔРПЧСП1=ΔPMIN - перепад давлений на ПЧСП 1 при QПЧСП1=QMIN, соответствующий минимальному рабочему перепаду на ПЧСП.
При этом перепад давлений на ПЧСП 2
ΔР2=ΔР1/n2=ΔPMIN/n2
и перепад на СДР:
ΔРСДРMIN 1=ΔР1+ΔР2=(1+1/n2)*ΔPMIN.
Назовем ΔРСДРMIN1 первым определяющим перепадом на СДР (минимальным перепадом, соответствующим нижнему пределу диапазона измерения расхода СДР).
При дальнейшем увеличении расхода через СДР до QСДРMAX1=QMAX=n*QMIN, перепады на СДР, на ПЧСП 1 и ПЧСП 2 будут увеличиваться до
ΔРСДPMAX 1=(n2+1)*ΔPMIN=ΔР1+ΔР2=(1+1/n2)*ΔРМАХ,
ΔР1=ΔPMAX и
ΔР2=ΔР1*(1/n2)=ΔРМАХ*(1/n2)=ΔPMIN.
Назовем ΔРСДРMAX1 вторым определяющим перепадом на СДР (перепадом, при котором на ПЧСП 2 образуется перепад давлений, достаточный для устойчивой работы ПЧСП 2).
Видно, что на первом этапе работы СДР на ПЧСП 1 имеется достаточный перепад давлений для работы ПЧСП 1, поэтому выходной частотный сигнал f1 с ПЧСП 1 можно использовать для определения расхода через СДР по формуле:
QСДР=QПЧСП1=q1*f1=q*f1
где:
QСДР - величина расхода через СДР;
QПЧСП1 - величина расхода через ПЧСП 1;
q1=q - величина градуировочного коэффициента ПЧСП 1;
q - величина градуировочного коэффициента ПЧСП;
f1 - частота выходного сигнала ПЧСП 1.
При дальнейшем увеличении расхода через СДР имеет место второй этап работы СДР.
Второй этап работы СДР начинается с достижения перепада давлений ΔР2 на ПЧСП 2 равного ΔPMIN (при достижении перепада давлений ΔР1 на ПЧСП 1 равного ΔPMAX. При дальнейшем увеличении расхода через СДР перепад на ПЧСП 2 будет увеличиваться и будет достаточным для устойчивой работы ПЧСП 2. Поэтому, на втором этапе сигнал ПЧСП 2 используется для определения расхода через СДР. Так как параллельно ПЧСП 2 установлено СУ 7, увеличивающее проходную площадь местного сопротивления, состоящего из ПЧСП 2 и СУ 7, относительно проходной площади ПЧСП 2 в n раз, то для определения расхода через СДР (на втором этапе) имеем зависимость:
QСДР=QПЧСП2+QСУ=q2*f2=n*q*f2
где:
QСДР - величина расхода через СДР;
QПЧСП2 - величина расхода через ПЧСП 2;
q2 - величина градуировочного коэффициента ПЧСП 2 с параллельно подключенным СУ 7, на втором этапе его работы;
q - величина градуировочного коэффициента ПЧСП;
f2 - частота выходного сигнала ПЧСП 2;
n - коэффициент, учитывающий увеличение величины измеряемого расхода при параллельном подсоединении к ПЧСП 2 сужающего устройства СУ 7, увеличивающего проходную площадь ПЧСП 2 с СУ 7 в n раз, относительно ПЧСП.
Поскольку на втором этапе для определения расхода через СДР используется сигнал с ПЧСП 2, то для снижения перепада давлений на СДР целесообразно уменьшить перепад давлений (потери давления) на ПЧСП 1 (сигнал с которого для определения расхода на втором этапе не используется). Это достигается за счет открытия УК 3. При этом через ПЧСП 1 будет проходить только часть расхода проходящего через СДР, перепад давлений на ПЧСП 1 уменьшится. Из вышеизложенного понятно, что чем больше площадь УК в открытом положении (чем больше m), тем меньше перепад давлений на ПЧСП 1. При этом частота выходного сигнала ПЧСП 1 будет соответствовать меньшему расходу, чем расход через СДР.
Поэтому на первом и втором этапах в качестве выходного сигнала СДР берется (на первом этапе) выходной сигнал ПЧСП 1 и (на втором этапе) ПЧСП 2 - тот, который соответствует большей величине расхода Q. Выбор выходного сигнала f1 (с ПЧСП 1) или f2 (с ПЧСП 2), по которому следует определять QСДР, равный q*f1 или n*q*f2, осуществляется в селекторе, который на фиг. 1 не показан, который входит в состав электронного блока.
Как показано на фиг. 1 перемещение жесткого центра 5 мембраны 4 клапана УК 3 осуществляется от полностью закрытого положения (при перепадах: на ПЧСП 1 - от ΔPMIN (в начале первого этапа) до n2*ΔPMIN=ΔPMAX (в конце первого этапа, в котором перепад на ПЧСП 1 равен перепаду на ПЧСП 1 в начале второго этапа) и далее на втором этапе до полностью открытого положения УК 3. При этом расход через ПЧСП 1 и ПЧСП 2 изменяется от QMIN до QСДРMAX1=QПЧСП2MAX=QMAX=n*QMIN и при дальнейшем увеличении расхода через СДР, например в n раз, до
QСДРMAX2=n*QСДРMAX1
С учетом расхода через СУ имеем
QСДРMAX2=n*QСДРMAX1=n*QПЧСП2MAX=n*QMAX=n*n*QMIN (видим, что при этом имеем превышение расхода через СДР на первом этапе в n раз). При этом, с целью снижения перепада на СДР мы можем увеличить площадь F1 (открывая УК подключенный параллельно ПЧСЧ 1). Тогда при F1=m*F2, при максимальном расходе через СДР, при перепаде на ПЧСП 2
ΔР2=ΔPMAX, будем иметь перепад ΔР1 на ПЧСЧ 1
ΔР1=ΔР2/m2=ΔPMAX/m2=ΔPMIN*n2/m2
и перепад на СДР=ΔРСДPMAX 2
ΔРСДPMAX 2=ΔР1+ΔР2=(1/m2+1)*ΔPMAX=(1/m2+1)*n2*ΔPMIN.
Отметим, что возможно выполнение устройства на фиг. 1 с перемещением жесткого центра 5 мембраны 4 клапана УК 3 от полностью закрытого положения (при перепадах на ПЧСП 2 меньших - равных ΔPMIN) до полностью открытого положения (при перепадах на ПЧСП 2 достигающих и превышающих ΔPMAX путем соединения управляющей полости мембраны 4 на открытие УК 3 с полостью на входе в ПЧСП 2, а полости на закрытие УК 3 с полостью на выходе ПЧСП 2, с соответствующим подбором пружины 6). Такое подсоединение УК к ПЧСП 2 так же снижает перепад на СДР при больших расходах.
Таким образом, СДР согласно предложенной полезной модели при изменении расхода через СДР от QMIN до QСДРMAX2=n*QMAX=n*n*QMIN (при диапазоне измерения расходов n2), имеет изменение перепада на СДР от ΔРСДРMIN 1=(1+1/n2)*ΔPMIN на минимальном расходе до ΔРСДРMAX2=(1/m2+1)*n2*ΔPMIN на максимальном расходе.
При рассмотренном диапазоне изменения расхода СДР без УК имеет диапазон изменения перепада от ΔPMIN до n4*QMIN.
Здесь параметр
n = отношение площадей ПЧСП 2 с СУ к площади ПЧСП1, определяет степень увеличения диапазона измерения расхода у СДР по предлагаемой полезной модели,
m = отношение площадей ПЧСП 1 с УК к ПЧСП 2 с СУ, определяет степень понижения падания давления на СДР (за счет снижения на втором этапе работы СДР перепада давлений на ПЧСП 1, сигнал с которого на втором этапе для измерения расхода не используется).
Следует отметить, что при рассмотрении возможной степени снижения перепада на СДР, рассматривался частный случай с F2=n*F1, при изменении расхода через СДР на первом этапе в диапазоне (1…n), хотя возможно на первом этапе рассматривать диапазон (1…n1) при, например, n1<n (переходить на замер расхода Q на ПЧСП 2 при Q<QMAX), а на втором этапе иметь диапазон измерения расходов n2<n или n2>n (имея при этом соответствующее уменьшение или увеличение перепада на СДР, отличное от представленного. Случай n1=n2=n по нашему мнению является оптимальным (позволяющем получить максимальное снижение перепада на СДР). Точно так же, специалисту в области струйной техники понятно, что величина m может быть любой. Чем больше m, тем меньше перепад на СДР. Но так же ясно, что большие m связаны с большими проходными сечениями УК, а это увеличение габаритов и веса СДР. Оптимальные значения m возможно лежат в диапазоне m=(n/3…n) для n>4 (зависит от характеристик ПЧСП, которые в данном случае подробно не рассматриваются). Так же в данной заявке не рассматривался случай использование ПЧСП 2 не идентичного ПЧСП 1. В этом случае профили ПЧСП 2 могут быть выполнены в масштабе n0,5. Недостаток такого выполнения ПЧСП 2 (ПЧСП 1 с размерами увеличенными в n0,5 раз) в том, что для каждого случая с отличными n придется разрабатывать новый блок, который будет работать на частотах f2 отличных от f1 ПЧСП 1, что потребует вводить какие-то коррективы в электронный блок обработки информации, выпускать конструкторскую документацию на новый блок, проводить доводочные работы по метрологическим параметрам нового ПЧСП 2.
Следовательно, применяя предложенный СДР, в рассмотренном диапазоне измерения расходов (от QMIN до n*QMIN) имеем снижение максимального перепада на СДР, относительно СДР, построенного на одном первичном частотном струйном преобразователе, в K=n2/(1/m2+1) раз без существенного усложнения системы подключения-отключения УК, не ухудшая энергетические показатели (без дополнительных затрат электроэнергии на питание электромагнитного клапана при подключении - отключении УК).
Claims (1)
- Струйный датчик расхода (СДР), содержащий первичный частотный струйный преобразователь (ПЧСП 1), выполненный в виде струйного переключателя, вход которого соединен с входной полостью СДР, замкнутого отрицательными обратными связями, преобразователь пульсации давления в выходных каналах струйного переключателя в выходной электрический сигнал, причем параллельно первичному частотному струйному преобразователю установлен управляемый клапан (УК), отличающийся тем, что последовательно с ПЧСП 1 установлен дополнительный первичный частотный струйный преобразователь (ПЧСП 2), идентичный ПЧСП 1, вход ПЧСП 2 соединен с выходом ПЧСП 1, а выход с выходной полостью СДР, и параллельно ПЧСП 2 установлено сужающее устройство (СУ), причем управляемый клапан под действием пружины при отсутствии расхода через СДР закрыт и при работе СДР управляемый клапан открывается под действием перепада давлений на первичном частотном струйном преобразователе.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU224996U1 true RU224996U1 (ru) | 2024-04-11 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU3820U1 (ru) * | 1995-02-28 | 1997-03-16 | Николай Витальевич Вологодский | Струйный датчик расхода |
RU2253844C1 (ru) * | 2004-01-19 | 2005-06-10 | ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Струйный датчик расхода |
RU2340876C1 (ru) * | 2007-01-30 | 2008-12-10 | ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Струйный датчик расхода |
RU217145U1 (ru) * | 2023-01-19 | 2023-03-20 | Акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Струйный датчик расхода |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU3820U1 (ru) * | 1995-02-28 | 1997-03-16 | Николай Витальевич Вологодский | Струйный датчик расхода |
RU2253844C1 (ru) * | 2004-01-19 | 2005-06-10 | ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Струйный датчик расхода |
RU2340876C1 (ru) * | 2007-01-30 | 2008-12-10 | ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Струйный датчик расхода |
RU217145U1 (ru) * | 2023-01-19 | 2023-03-20 | Акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Струйный датчик расхода |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5554805A (en) | Flowmeter with a variable constriction | |
RU2344462C2 (ru) | Устройство и способ для измерения коэффициента положения дросселирующего элемента регулятора давления | |
RU172725U1 (ru) | Турбинный расходомер газа | |
EP0122100A1 (en) | Fluid density and mass flow measurement | |
KR20090088861A (ko) | 유량 비율 제어 장치 | |
US5186150A (en) | Method and system for measuring fluid flow rate by using fuzzy inference | |
CN101013042A (zh) | 流量测定装置 | |
CN109738030B (zh) | 压力位差式层流流量测量方法及装置 | |
RU224996U1 (ru) | Струйный датчик расхода | |
KR102069997B1 (ko) | 수력터빈 효율 측정 시스템 및 방법 | |
RU168831U1 (ru) | Расходомер газа | |
RU180586U1 (ru) | Расходомер с переменной структурой | |
KR940007793Y1 (ko) | 유체 유량계 | |
US10605636B2 (en) | Flowmeter | |
RU2816679C1 (ru) | Струйный датчик расхода | |
RU169460U1 (ru) | Струйный расходомер газа | |
KR20210129723A (ko) | 질량 유량, 밀도, 온도 및/또는 유속을 측정하기 위한 측정 시스템 | |
JP3513053B2 (ja) | 液位モニタ及び液位モニタリング方法 | |
CN210178681U (zh) | 一种阻尼可调的液压马达的执行器 | |
CN200986450Y (zh) | 差压式涡街质量流量测量信号处理装置 | |
RU176077U1 (ru) | Комбинированный расходомер газа | |
CN210464565U (zh) | 一种可变截面通道的流量测量装置 | |
RU2557349C1 (ru) | Система диагностики расхода воды | |
CN100427894C (zh) | 差压式涡街质量流量测量信号处理系统 | |
RU195157U1 (ru) | Расходомер текучей среды |