RU2561251C2 - Method of measurement of liquid medium flow rate and device for its implementation - Google Patents
Method of measurement of liquid medium flow rate and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561251C2 RU2561251C2 RU2013142553/28A RU2013142553A RU2561251C2 RU 2561251 C2 RU2561251 C2 RU 2561251C2 RU 2013142553/28 A RU2013142553/28 A RU 2013142553/28A RU 2013142553 A RU2013142553 A RU 2013142553A RU 2561251 C2 RU2561251 C2 RU 2561251C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid medium
- circuit
- flow rate
- measuring
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Область техники Technical field
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения малых расходов воды, этилового спирта, бензина, который содержит или не содержит этиловый спирт, дизельного топлива, керосина.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used to measure small flow rates of water, ethyl alcohol, gasoline, which contains or does not contain ethyl alcohol, diesel fuel, kerosene.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен способ измерения малых расходов жидкости путем введения в поток жидкости метки (см. описание к а.с. СССР №685916, МПК G01F 1/70) - аналог предлагаемого способа измерения расхода жидкой среды, заключающийся в том, что создают циркуляцию жидкости с меткой в виде газового пузырька по двум идентичным параллельным ветвям, образующим циркуляционный контур, определяют скорости метки в параллельных ветвях контура и по их разности судят о расходе.A known method of measuring small liquid flow rates by introducing tags into the fluid stream (see description to the USSR AS No. 685916, IPC G01F 1/70) is an analog of the proposed method for measuring the flow rate of a liquid medium, which consists in creating a fluid circulation with a tag in the form of a gas bubble by two identical parallel branches forming a circulation loop, the label speeds in the parallel branches of the circuit are determined and the flow rate is judged by their difference.
Периодически меняют направление движения жидкости с меткой и вычисляют расход как среднее арифметическое расходов при разных направлениях движения метки.Periodically change the direction of movement of the fluid with the label and calculate the flow rate as the arithmetic average of the costs for different directions of movement of the label.
В указанном способе-аналоге расход жидкой среды измеряют за счет изменения разности скоростей движения метки в параллельных ветвях контура или как среднее арифметическое расходов при разных направлениях движения метки.In the specified analogue method, the flow rate of a liquid medium is measured by changing the difference in the speed of the label in parallel branches of the circuit or as the arithmetic average of the costs for different directions of movement of the label.
При турбулентном течении жидкости метка в виде газового пузырька быстро разрушается. Вследствие этого указанный способ-аналог не может измерять расход жидкостей, которые имеют турбулентное течение жидкости (турбулентный поток жидкости), что сужает область применения способа-аналога.With a turbulent flow of liquid, the label in the form of a gas bubble rapidly collapses. As a result of this, the analogue method cannot measure the flow rate of liquids that have a turbulent fluid flow (turbulent fluid flow), which narrows the scope of the analogue method.
Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемого способа измерения расхода жидкой среды является способ определения расхода топлива (см. описание к а.с. СССР №1835490 А1, МПК G01F 1/66). Указанный способ-прототип может быть использован для измерения малых расходов жидкостей, в частности, в расходомерах топлива в автомобилях, и заключающийся в периодическом перемещении диафрагмы топливного насоса, по крайним положениям которой судят о расходе топлива из наддиафрагменной полости насоса в напорный трубопровод из диэлектрического материала.The closest analogue to the prototype of the proposed method for measuring the flow rate of a liquid medium is a method for determining fuel consumption (see description to AS USSR No. 1835490 A1, IPC G01F 1/66). The specified prototype method can be used to measure small flow rates of liquids, in particular, in fuel flow meters in automobiles, which consists in periodically moving the diaphragm of the fuel pump, the extreme positions of which judge the fuel consumption from the supra-diaphragm cavity of the pump into the pressure pipe made of dielectric material.
При этом предварительно заполняют напорный трубопровод топливом с минимальным содержанием в нем газовых включений, возбуждают в напорном трубопроводе электромагнитные колебания и фиксируют опорное значение резонансной частоты, при периодическом перемещении диафрагмы возбуждают электромагнитные колебания в поддиафрагменной полости топливного насоса и в напорном трубопроводе, измеряют максимальную разность значений резонансных частот за один цикл перемещения диафрагмы и значение текущей резонансной частоты в напорном трубопроводе, определяют разность между опорным и текущим значениями резонансных частот в напорном трубопроводе, а расход топлива определяют по произведению этих разностей.In this case, the pressure pipe is pre-filled with fuel with a minimum content of gas inclusions, electromagnetic waves are excited in the pressure pipe and the reference value of the resonant frequency is fixed, electromagnetic waves are excited in the sub-diaphragm cavity of the fuel pump and pressure pipe during periodic movement of the diaphragm, and the maximum difference in the resonance values is measured frequencies for one cycle of diaphragm movement and the value of the current resonant frequency in the pressure pipe e, the difference is determined between the reference and the current values of the resonance frequencies in the flowline, and the fuel consumption is determined by the product of these differences.
В указанном способе-прототипе расход топлива определяют по произведению вышеуказанных разностей резонансных частот.In the specified prototype method, fuel consumption is determined by the product of the above resonance frequency differences.
При периодическом перемещении диафрагмы топливного насоса происходит механический износ и усталость материалов подвижных частей топливного насоса, что снижает точность измерения способа определения расхода топлива.With periodic movement of the diaphragm of the fuel pump, mechanical wear and fatigue of materials of the moving parts of the fuel pump occur, which reduces the accuracy of the measurement of the method for determining fuel consumption.
Известен поляризационный расходомер (см. описание к а.с. СССР №1553831 А1, МПК G01F 1/56) - аналог предлагаемого устройства для измерения расхода жидкой среды, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа.Known polarization flow meter (see the description to the AS of the USSR No. 1553831 A1, IPC
Указанный поляризационный расходомер состоит из диэлектрического корпуса, крышки, входного и выходного каналов, проточной части, рабочего электрода, измерительного электрода, рабочего электрода, измерительного прибора и шпилек, причем измерительный прибор включен между измерительным электродом и общей шиной с помощью шпильки, рабочий электрод соединен с общей шиной с помощью шпильки, а рабочий электрод с помощью шпильки соединен с источником питания.The specified polarization flow meter consists of a dielectric housing, a cover, an input and output channels, a flow part, a working electrode, a measuring electrode, a working electrode, a measuring device and studs, the measuring device being connected between the measuring electrode and a common bus with a pin, the working electrode is connected to a common bus with a pin, and a working electrode with a pin connected to a power source.
Поляризационный расходомер работает следующим образом.The polarization flowmeter operates as follows.
Диэлектрическая жидкость поступает в расходомер через входной канал в проточную часть. От источника питания на два рабочих электрода подают высокое напряжение. В жидкости создается электрическое поле, под действием сил которого происходит поляризация диэлектрика жидкости.The dielectric fluid enters the flowmeter through the inlet channel to the flow part. Two working electrodes supply a high voltage from a power source. An electric field is created in the liquid, under the action of the forces of which the dielectric of the liquid is polarized.
Плотность связанных зарядов, образованных в жидкости, пропорциональна напряжению источника питания и скорости потока. Таким образом, сигнал измерительного прибора пропорционален количеству зарядов, снесенных потоком, и однозначно соответствует при постоянном напряжении источника питания расходу жидкости.The density of the bound charges formed in the liquid is proportional to the voltage of the power source and the flow rate. Thus, the signal of the measuring device is proportional to the number of charges carried by the flow, and unambiguously corresponds at a constant voltage of the power supply to the flow of liquid.
В поляризационном расходомере расход жидкости измеряют за счет изменения плотности связанных зарядов, образованных в жидкости.In a polarizing flowmeter, fluid flow is measured by changing the density of the bound charges formed in the fluid.
Низкая точность измерения поляризационного расходомера определяется трудностью поддержания с высокой точностью постоянным высокого напряжения источника питания, например, при изменении температуры внешней среды.The low accuracy of the measurement of the polarization flow meter is determined by the difficulty of maintaining with high accuracy a constant high voltage power source, for example, when the temperature of the environment.
Для поляризации жидкости необходимо высокое напряжение. Вследствие этого поляризационный расходомер не может измерять расход горючих жидкостей, например бензина, дизельного топлива, керосина, что сужает область применения поляризационного расходомера.To polarize a liquid, a high voltage is required. As a result, a polarizing flowmeter cannot measure the flow of flammable liquids, such as gasoline, diesel, kerosene, which narrows the scope of a polarizing flowmeter.
Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемого устройства для измерения расхода жидкой среды, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа, является меточный тепловой расходомер (см. описание к а.с. СССР №769339, МПК G01F 1/70), который предназначен для измерения расхода жидкостей.The closest analogue to the prototype of the proposed device for measuring the flow rate of a liquid medium, carrying out the technical implementation of the proposed method, is a tagged heat flow meter (see description to the USSR AS No. 769339, IPC G01F 1/70), which is designed to measure the flow rate of liquids.
Меточный тепловой расходомер содержит блок управления, источник тепловых меток, основной и дополнительный регистраторы меток, блок измерения, интегрирующий блок, блок отсчета времени, функциональный блок, сумматор, измеритель, измерительный прибор и патрубок трубопровода.Labeled heat flow meter contains a control unit, a source of heat tags, a primary and secondary tag recorders, a measurement unit, an integrating unit, a time unit, a functional unit, an adder, a meter, a measuring device and a pipe pipe.
Меточный тепловой расходомер работает следующим образом. Блок управления периодически включает источник тепловых меток подачей прямоугольных импульсов с постоянной частотой в цепь питания источника меток. В качестве неконтактных источников тепловых меток можно использовать СВЧ, ВЧ или ИК-излучатели.Labeled heat flow meter operates as follows. The control unit periodically turns on the heat label source by supplying rectangular pulses with a constant frequency to the power source of the label source. As non-contact sources of heat tags, you can use microwave, RF or infrared emitters.
Скорость потока определяется путем измерения времени движения метки от места ввода ее в поток до первого (по ходу потока) основного регистратора тепловых меток. Время фиксируется следующим образом. Управляющий импульс с блока управления включает источник тепловых меток и запускает блок отсчета времени. Отключается блок отсчета времени сигналом с основного регистратора в момент фиксации тепловой метки.The flow rate is determined by measuring the time the label moves from where it entered into the stream to the first (downstream) main heat label recorder. Time is fixed as follows. The control pulse from the control unit turns on the source of heat marks and starts the time reference unit. The time unit is switched off by a signal from the main recorder at the time of fixing the heat mark.
В блоке измерения суммируются сигналы, поступающие с основного и дополнительного регистраторов.In the measurement unit, the signals from the primary and secondary recorders are summed.
Выходной сигнал с блока измерения, представляющий собой разность сигналов с основного и дополнительного регистраторов, непрерывно интегрируется интегратором и измеряется измерительным блоком. В момент, когда разность сигналов с основного и дополнительного регистраторов равна нулю, выходной сигнал измерителя, являющийся функцией расхода и состава, сравнивается в сумматоре с опорным сигналом, который вырабатывается функциональным блоком.The output signal from the measurement unit, which is the difference between the signals from the primary and secondary recorders, is continuously integrated by the integrator and measured by the measuring unit. At the moment when the difference between the signals from the primary and secondary registrars is equal to zero, the output signal of the meter, which is a function of the flow rate and composition, is compared in the adder with the reference signal that is generated by the functional unit.
Величина опорного сигнала равна интегральной разности температур в зоне регистраторов при постоянном начальном составе среды для полученных в блоке отсчета времени значений расхода.The value of the reference signal is equal to the integral temperature difference in the zone of the registrars with a constant initial composition of the medium for the flow values obtained in the time unit.
Разность опорного сигнала и измеренного, получаемая на выходе сумматора, функционально связана с составом измеряемой среды.The difference between the reference signal and the measured one obtained at the output of the adder is functionally related to the composition of the medium being measured.
Совокупность времени движения тепловой метки от источника тепловых меток до регистратора и состава измеряемой среды позволяет получить массовый расход, регистрируемый измерительным прибором.The combination of the time of movement of the heat label from the heat source to the recorder and the composition of the measured medium allows to obtain the mass flow rate recorded by the measuring device.
В меточном тепловом расходомере совокупность времени движения тепловой метки от источника тепловых меток до регистратора и состава измеряемой среды является мерой измерения расхода измеряемой среды.In a tagged heat flow meter, the combination of the time the heat tag moves from the heat tag source to the recorder and the composition of the medium being measured is a measure of the flow rate of the measured medium.
В указанном расходомере-прототипе при изменении температуры излучателя (источника тепловых меток) изменяются мощность излучения и ширина спектра излучения излучателя, что снижает точность измерения расхода жидкой среды.In the specified flowmeter-prototype, when the temperature of the emitter (source of heat marks) changes, the radiation power and the width of the emission spectrum of the emitter change, which reduces the accuracy of measuring the flow rate of a liquid medium.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей создания изобретения является разработка способа для измерения расхода жидкой среды, который расширяет арсенал технических средств для измерения расхода жидкой среды и повышает точность измерения, а также создание устройства для измерения расхода жидкой среды, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа, которое имеет более высокие точность измерения, чувствительность и технологичность изготовления.The objective of the invention is to develop a method for measuring the flow rate of a liquid medium, which expands the arsenal of technical means for measuring the flow rate of a liquid medium and improves the accuracy of measurement, as well as creating a device for measuring the flow rate of a liquid medium, which implements the technical implementation of the proposed method, which has higher measurement accuracy, sensitivity and manufacturability.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих со способом-прототипом, таких как способ измерения расхода жидкой среды, заключающийся в том, что внутри трубопровода из диэлектрического материала помещают жидкую среду, возбуждают резонансные электромагнитные колебания и измеряют частоту резонансных электромагнитных колебаний, и отличительных существенных признаков, таких как, в колебательном контуре, который содержит катушку индуктивности колебательного контура и конденсатор колебательного контура, возбуждают резонансные колебания электромагнитного поля, поляризуют переменным электрическим полем конденсатора колебательного контура жидкую среду, включают излучатель путем подачи импульса накачки в цепь питания излучателя, нагревают жидкую среду за счет потока излучения излучателя, поглощенного жидкой средой, вследствие этого уменьшают диэлектрическую проницаемость жидкой среды и создают диэлектрическую метку в потоке жидкой среды, при этом излучатель выполняет функцию источника диэлектрических меток, изменяют емкость конденсатора колебательного контура и частоту резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура, измеряют частоту резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура, а расход жидкой среды измеряют за счет изменения времени от момента включения излучателя и до момента регистрации максимума частоты резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура.The problem is solved using the characteristics specified in the 1st claim, common with the prototype method, such as a method for measuring the flow rate of a liquid medium, namely, that a liquid medium is placed inside a pipeline of dielectric material, resonant electromagnetic waves are excited and measured the frequency of resonant electromagnetic waves, and distinctive essential features, such as, in the oscillatory circuit, which contains the inductor of the oscillatory circuit and the oscillator capacitor body, excite resonant vibrations of the electromagnetic field, polarize the liquid medium with the alternating electric field of the capacitor of the oscillatory circuit, turn on the emitter by supplying a pump pulse to the emitter power circuit, heat the liquid medium due to the radiation flux of the emitter absorbed by the liquid medium, as a result of which the dielectric constant of the liquid medium is reduced and create a dielectric mark in the flow of a liquid medium, while the emitter acts as a source of dielectric marks, changing The capacitance of the oscillator circuit capacitor and the frequency of the resonant oscillations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit are measured, the frequency of the resonant oscillations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit is measured, and the flow rate of the liquid medium is measured by changing the time from the moment the emitter is turned on and until the maximum frequency of the resonant oscillations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit is recorded.
В предлагаемом способе расход жидкой среды измеряют за счет изменения времени (промежутка времени, интервала времени) от момента включения излучателя и до момента регистрации максимума частоты резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура при перемещении диэлектрической метки между первой и второй обкладками конденсатора колебательного контура, что расширяет арсенал технических средств для измерения расхода жидкой среды.In the proposed method, the flow rate of a liquid medium is measured by changing the time (time interval, time interval) from the moment the emitter is turned on and until the maximum frequency of the resonance oscillations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit is recorded when the dielectric mark moves between the first and second plates of the oscillator circuit capacitor, which expands the arsenal technical means for measuring the flow rate of a liquid medium.
В предлагаемом способе конечный момент указанного времени определяют по моменту регистрации максимума частоты резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура.In the proposed method, the final moment of the specified time is determined by the moment of registration of the maximum frequency of the resonant vibrations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit.
Вследствие этого происходит уменьшение влияния на результат измерения расхода жидкой среды изменений мощности излучения и ширины спектра излучения излучателя, например, при изменении температуры или деградации со временем излучателя, что повышает точность измерения.As a result of this, the effect of changes in the radiation power and the width of the radiation spectrum of the emitter on the result of measuring the flow rate of a liquid medium decreases, for example, when the temperature changes or the degradation with time of the emitter increases the measurement accuracy.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных во 2-м пункте формулы изобретения, общих с устройством-прототипом, таких как устройство для измерения расхода жидкой среды, содержащее излучатель, чувствительный элемент и измерительную схему, и отличительных существенных признаков, таких как, колебательный контур выполняет функцию чувствительного элемента и является гальванически развязанным от измерительной схемы, при этом колебательный контур содержит катушку индуктивности колебательного контура и конденсатор колебательного контура, причем жидкая среда размещена в трубопроводе между первой и второй обкладками конденсатора колебательного контура, а измерительная схема содержит катушку индуктивности подкачки энергии в колебательный контур и катушку индуктивности считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура.The problem is solved using the characteristics specified in the 2nd claim, common with the prototype device, such as a device for measuring the flow rate of a liquid medium containing an emitter, a sensing element and a measuring circuit, and distinctive essential features, such as an oscillating circuit performs the function of a sensitive element and is galvanically isolated from the measuring circuit, while the oscillatory circuit contains an inductor of the oscillatory circuit and the capacitor of the oscillator and a liquid medium is placed in the pipeline between the first and second plates of the capacitor of the oscillatory circuit, and the measuring circuit contains an inductor for pumping energy into the oscillatory circuit and an inductor for reading the frequency of resonant oscillations of the oscillatory circuit.
В пункте 3 формулы изобретения нашла отражение особенность выполнения излучателя, а именно, в качестве излучателя предпочтительно используют инфракрасный светодиод.In paragraph 3 of the claims, a particular embodiment of the emitter is reflected, namely, an infrared LED is preferably used as the emitter.
В пункте 4 формулы изобретения нашла отражение особенность выполнения трубопровода, а именно, трубопровод предпочтительно выполнен из сапфира и выполняет функцию световода.In
В конструкции предлагаемого устройства для измерения расхода жидкой среды есть катушка индуктивности подкачки энергии в колебательный контур и катушка индуктивности считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура.In the design of the proposed device for measuring the flow rate of a liquid medium there is an inductor for pumping energy into the oscillatory circuit and an inductor for reading the frequency of the resonant oscillations of the oscillatory circuit.
Вследствие этого колебательный контур является гальванически развязанным от измерительной схемы (нет соединительных проводников между колебательным контуром и измерительной схемой), что повышает точность измерения и чувствительность предлагаемого устройства.As a result, the oscillatory circuit is galvanically isolated from the measuring circuit (there are no connecting conductors between the oscillating circuit and the measuring circuit), which increases the measurement accuracy and sensitivity of the proposed device.
В предлагаемом устройстве трубопровод выполнен из сапфира и выполняет функцию световода (светопровода) потока излучения излучателя, что повышает технологичность изготовления.In the proposed device, the pipeline is made of sapphire and acts as a light guide (light guide) of the radiation flux of the emitter, which increases the manufacturability.
При этом нет отдельного световода, установленного в стенке трубопровода.However, there is no separate fiber installed in the wall of the pipeline.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - расширение арсенала технических средств для измерения расхода жидкой среды, повышение точности измерения, чувствительности и технологичности изготовления устройства для измерения расхода жидкой среды.The above set of essential features allows you to get the following technical result - the expansion of the arsenal of technical means for measuring the flow rate of a liquid medium, increasing the accuracy of measurement, sensitivity and manufacturability of the manufacturing device for measuring the flow rate of a liquid medium.
Краткое описание фигур чертежейBrief Description of the Drawings
Устройство для измерения расхода жидкой среды, осуществляющее техническую реализацию предлагаемого способа, иллюстрируется следующими чертежами:A device for measuring the flow rate of a liquid medium, carrying out the technical implementation of the proposed method, is illustrated by the following drawings:
Фиг.1. Устройство для измерения расхода жидкой среды, продольный разрез.Figure 1. A device for measuring the flow rate of a liquid medium, a longitudinal section.
Фиг.2. Вид А на фиг.1.Figure 2. View A in figure 1.
Фиг.3. Разрез по A-A фиг.1.Figure 3. Section A-A of Fig. 1.
Фиг.4. Разрез по B-B фиг.1.Figure 4. A section along B-B of Fig. 1.
Фиг.5. Разрез по C-C элемента крепления, кольца, каркаса и трех катушек индуктивности, изображенных на фиг.1.Figure 5. A section along the C-C of the fastening element, the ring, the frame and the three inductors shown in figure 1.
Фиг.6. Структурная схема устройства для измерения расхода жидкой среды.6. Block diagram of a device for measuring the flow rate of a liquid medium.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В качестве примера рассмотрим устройство для измерения расхода жидкой среды, осуществляющее техническую реализацию предлагаемого способа, которое может быть использовано для измерения малых расходов воды, этилового спирта, бензина, который содержит или не содержит этиловый спирт, дизельного топлива, керосина.As an example, we consider a device for measuring the flow rate of a liquid medium that implements the technical implementation of the proposed method, which can be used to measure small flows of water, ethyl alcohol, gasoline, which contains or does not contain ethyl alcohol, diesel fuel, kerosene.
Предлагаемое устройство для измерения расхода жидкой среды содержит трубопровод 1 (см. фиг.1, 2, 3, 4) из диэлектрического материала, излучатель, элемент крепления 12 (см. фиг.5), кольцо 13, каркас 14, чувствительный элемент и измерительную схему 7 (см. фиг.6).The proposed device for measuring the flow rate of a liquid medium contains a pipeline 1 (see figure 1, 2, 3, 4) of a dielectric material, a radiator, a fastener 12 (see figure 5), a
Трубопровод 1 состоит из двух пластин, которые предпочтительно выполнены из сапфира (одноосного кристалла) и соединены между собой с помощью стеклоцемента.The
Высота прямоугольного отверстия проточной части трубопровода 1 равна толщине соединительного слоя из стеклоцемента.The height of the rectangular holes of the flowing part of the
Направление С-оси сапфира обозначено на фиг.1 стрелкой. Температурный коэффициент линейного расширения сапфира при Т=323°К перпендикулярно С-оси составляет 5×10-6 1/°C.The direction of the C-axis of sapphire is indicated in figure 1 by an arrow. The temperature coefficient of linear expansion of sapphire at T = 323 ° K perpendicular to the C-axis is 5 × 10 -6 1 / ° C.
Температурные коэффициенты расширения стеклоцемента и сапфира перпендикулярно С-оси согласуют между собой. Вследствие этого практически отсутствуют температурные напряжения между соединительным слоем из стеклоцемента и двумя пластинами из сапфира.The temperature expansion coefficients of glass cement and sapphire perpendicular to the C axis agree with each other. As a result of this, there are practically no temperature stresses between the connecting layer of glass cement and two sapphire plates.
В качестве излучателя используют инфракрасный светодиод 6 (инфракрасный излучатель), например, типа SFH 4236 компании OSRAM Opto Semiconductors (инфракрасный светодиод 6 выполняет функцию излучателя).As the emitter, an infrared LED 6 (infrared emitter) is used, for example, type SFH 4236 from OSRAM Opto Semiconductors (
В общем случае в качестве излучателя может быть использован инфракрасный лазерный диод.In the general case, an infrared laser diode can be used as an emitter.
На фиг.1 показаны часть линзы инфракрасного светодиода 6 (обозначена двойной штриховкой) и часть элемента крепления инфракрасного светодиода 6.Figure 1 shows part of the lens of the infrared LED 6 (indicated by double hatching) and part of the fastening element of the
Элемент крепления 12, кольцо 13 и каркас 14 выполняют из диэлектрического материала, предпочтительно керамики.The
Колебательный контур 3 выполняет функцию чувствительного элемента. Колебательный контур 3 содержит катушку индуктивности 4 колебательного контура и конденсатор 5 колебательного контура.Oscillating circuit 3 performs the function of a sensing element. Oscillation circuit 3 contains an
Катушку индуктивности 4 колебательного контура выполняют путем вплавления провода малого диаметра из серебра в спиральную проточку на внешней цилиндрической поверхности кольца 13. При этом катушка индуктивности 4 колебательного контура является однослойной (имеет минимальную собственную емкость).The
На фиг.1, 5 катушка индуктивности 4 колебательного контура обозначена пунктирной линией.In Fig.1, 5, the
Конденсатор 5 колебательного контура содержит первую 8 и вторую 9 обкладки конденсатора колебательного контура, которые имеют форму круга и выполнены в виде тонких металлических пленок из молибдена (см. фиг.2, 3, 4). Первый и второй выводы катушки индуктивности 4 колебательного контура соединяют соответственно с первой 8 и второй 9 обкладками конденсатора колебательного контура.The capacitor 5 of the oscillatory circuit contains the first 8 and second 9 plates of the capacitor of the oscillatory circuit, which are in the form of a circle and made in the form of thin metal films of molybdenum (see figure 2, 3, 4). The first and second conclusions of the
Жидкая среда 2 размещена в трубопроводе 1 между первой 8 и второй 9 обкладками конденсатора колебательного контура.The
Функцию жидкой среды 2 могут выполнять:The function of the
1. Неполярная жидкая среда, например бензин, который не содержит этиловый спирт, дизельное топливо, керосин.1. Non-polar liquid medium, such as gasoline that does not contain ethyl alcohol, diesel fuel, kerosene.
2. Полярная жидкая среда, например вода, этиловый спирт.2. Polar liquid medium, such as water, ethyl alcohol.
3. Слабополярная жидкая среда, например бензин, содержащий 5% и более этилового спирта.3. Weakly polar liquid medium, for example gasoline containing 5% or more ethyl alcohol.
Температура жидкой среды 2 находится внутри диапазона температур, в котором при повышении температуры жидкой среды 2 диэлектрическая проницаемость жидкой среды 2 уменьшается.The temperature of the
Измерительная схема 7 содержит катушку индуктивности 10 подкачки энергии в колебательный контур, катушку индуктивности 11 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура, элемент ИЛИ 15, транзистор 16, компаратор 17, резистор 18, вычислительное устройство и генератор прямоугольных импульсов (не показаны).The measuring circuit 7 contains an
Второй вход 19 элемента ИЛИ 15 является входом запуска непрерывных незатухающих резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3. Выход элемента ИЛИ 15 соединяют с базой транзистора 16, эмиттер которого соединяют с выводом «Общий» питания.The second input 19 of the OR element 15 is the start input of continuous undamped resonant vibrations of the electromagnetic field of the oscillating circuit 3. The output of the OR element 15 is connected to the base of the transistor 16, the emitter of which is connected to the "General" power output.
Первый и второй выводы катушки индуктивности 10 подкачки энергии в колебательный контур 3 соединяют соответственно с коллектором транзистора 16 и первым выводом резистора 18, второй вывод которого соединяют с плюсовым выводом 20 источника питания измерительной схемы 7.The first and second conclusions of the
Первый и второй выводы катушки индуктивности 11 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура соединяют соответственно с выводом «Общий» питания и прямым входом компаратора 17, на инверсный вход которого подают опорное напряжение. Выход компаратора 17 соединяют с первым входом элемента ИЛИ 15 и вычислительным устройством.The first and second conclusions of the
Катушку индуктивности 10 подкачки энергии в колебательный контур и катушку индуктивности 11 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура выполняют намоткой проводом на каркасе 14.An
На фиг.2, 6 направление потока жидкой среды 2 обозначено стрелкой. На фиг.6 три стрелки обозначают поток излучения инфракрасного светодиода 6.In figure 2, 6, the direction of flow of the
Устройство для измерения расхода жидкой среды, осуществляющее техническую реализацию предлагаемого способа, работает следующим образом.A device for measuring the flow rate of a liquid medium, carrying out the technical implementation of the proposed method, works as follows.
Внутри трубопровода 1 из диэлектрического материала помещают жидкую среду 2.Inside the
После включения питания на второй вход 19 элемента ИЛИ 15 из параллельного канала измерительной схемы 7 подают единичный положительный импульс. С выхода элемента ИЛИ 15 положительный импульс поступает на базу транзистора 16 и открывает его.After turning on the power to the second input 19 of the OR element 15 from a parallel channel of the measuring circuit 7 serves a single positive impulse. From the output of the OR element 15, a positive pulse arrives at the base of the transistor 16 and opens it.
В моменты изменения токов в катушке индуктивности 10 подкачки энергии в колебательный контур наводят ЭДС - электродвижущие силы индукции в катушке индуктивности 4 колебательного контура и возбуждают в колебательном контуре 3 резонансные колебания электромагнитного поля.At the moments of changes in the currents in the
Частота резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3 снимается с катушки индуктивности 11 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура и поступает на вход компаратора 17. С выхода компаратора 17 положительные сигналы прямоугольной формы поступают в вычислительное устройство измерительной схемы 7 и на первый вход элемента ИЛИ 15.The frequency of the resonant oscillations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit 3 is removed from the
С выхода элемента ИЛИ 15 прямоугольные импульсы поступают на базу транзистора 16, при открывании которого через катушку индуктивности 10 подкачки энергии в колебательный контур протекают токи, при изменении которых в катушке индуктивности 4 колебательного контура наводят ЭДС индукции.From the output of the OR element 15, rectangular pulses are fed to the base of the transistor 16, upon opening of which currents flow through the
При этом в положительные полупериоды колебаний колебательного контура 3 подкачка энергии в колебательный контур 3 происходит во время увеличения тока в катушке индуктивности 10 подкачки энергии в колебательный контур, а в отрицательные полупериоды колебаний колебательного контура 3 подкачка энергии происходит во время уменьшения тока.At the same time, during the positive half-periods of the oscillations of the oscillatory circuit 3, the energy is pumped into the oscillating circuit 3 during an increase in the current in the
Так как передача энергии в колебательный контур 3 происходит в моменты изменения токов в катушке индуктивности 10 подкачки энергии в колебательный контур 3 (под действием ЭДС индукции наводятся токи согласные с направлением токов в колебательном контуре 3). При этом увеличивают амплитуды токов резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3 и определяют частоту резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3.Since the transfer of energy to the oscillation circuit 3 occurs at the moments of changes in the currents in the
Таким образом, в колебательном контуре 3, который содержит катушку индуктивности 4 колебательного контура и конденсатор 5 колебательного контура, возбуждают резонансные колебания электромагнитного поля и поляризуют переменным электрическим полем конденсатора 5 колебательного контура жидкую среду 2.Thus, in the oscillatory circuit 3, which contains the
Включают инфракрасный светодиод 6 (излучатель) путем подачи импульса накачки (прямоугольного импульса) из генератора прямоугольных импульсов в цепь питания инфракрасного светодиода 6 и нагревают жидкую среду 2 за счет потока излучения инфракрасного светодиода 6, поглощенного жидкой средой 2. При этом через p-n-переход инфракрасного светодиода 6 протекает прямой ток.Turn on the infrared LED 6 (emitter) by applying a pump pulse (rectangular pulse) from the square-wave generator to the power supply circuit of the
Вследствие этого уменьшают диэлектрическую проницаемость жидкой среды 2 и создают диэлектрическую метку в потоке жидкой среды 2. При этом инфракрасный светодиод 6 (излучатель) выполняет функцию источника диэлектрических меток.As a result, the dielectric constant of the
При повышении температуры (нагревании) неполярной жидкой среды (или части потока неполярной жидкой среды) уменьшение диэлектрической проницаемости связано с тепловым расширением неполярной жидкой среды и уменьшением плотности (количества поляризующихся молекул) в отдельных точках неполярной жидкой среды диэлектрической метки.With increasing temperature (heating) of a non-polar liquid medium (or part of a stream of a non-polar liquid medium), a decrease in the dielectric constant is associated with the thermal expansion of the non-polar liquid medium and a decrease in the density (number of polarizing molecules) at individual points of the non-polar liquid medium of the dielectric mark.
При повышении температуры полярной или слабополярной жидкой среды (части потока полярной или слабополярной жидкой среды) уменьшение диэлектрической проницаемости связано с тепловым расширением полярной или слабополярной жидкой среды и уменьшением плотности (количества поляризующихся молекул) в отдельных точках полярной или слабополярной жидкой среды, а также снижением степени упорядоченности ориентации полярных молекул в переменном электрическом поле конденсатора 5 колебательного контура (хаотическое тепловое движение полярных молекул начинает преобладать над ориентирующим действием переменного электрического поля конденсатора 5 колебательного контура).With increasing temperature of a polar or weakly polar liquid medium (part of the flow of a polar or weakly polar liquid medium), a decrease in the dielectric constant is associated with the thermal expansion of the polar or weakly polar liquid medium and a decrease in the density (number of polarizing molecules) at individual points of the polar or weakly polar liquid medium, as well as a decrease in the degree the ordering of the orientation of polar molecules in the alternating electric field of the oscillator circuit capacitor 5 (random thermal motion of polar m molecules begins to prevail over the orienting action of the alternating electric field of the oscillator circuit capacitor 5).
Начальная длина диэлектрической метки определяется длиной участка нагрева и скоростью потока жидкой среды 6 на оси трубопровода 1 (потока жидкой среды 2). При этом температура и диэлектрическая проницаемость жидкой среды 2 в отдельных точках диэлектрической метки определяются профилем скоростей потока жидкой среды 2 по сечению трубопровода 1.The initial length of the dielectric mark is determined by the length of the heating section and the flow rate of the
Положение минимума диэлектрической проницаемости (или максимума температуры) диэлектрической метки относительно переднего фронта диэлектрической метки вдоль оси трубопровода 1 практически не изменяется в течение всего времени «жизни» (существования) диэлектрической метки.The position of the minimum dielectric constant (or maximum temperature) of the dielectric mark relative to the leading edge of the dielectric mark along the axis of the
Перемещают диэлектрическую метку вдоль трубопровода 1 (диэлектрическая метка сносится потоком жидкой среды 2).The dielectric mark is moved along the pipeline 1 (the dielectric mark is carried away by the flow of the liquid medium 2).
При перемещении диэлектрической метки между первой 8 и второй 9 обкладок конденсатора колебательного контура изменяют емкость конденсатора 5 колебательного контура и частоту резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3, измеряют частоту резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3.When moving the dielectric mark between the first 8 and second 9 plates of the capacitor of the oscillatory circuit, the capacitance of the capacitor 5 of the oscillatory circuit and the frequency of the resonant vibrations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit 3 are measured, the frequency of the resonant vibrations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit 3 is measured.
Расход жидкой среды 2 измеряют за счет изменения времени от момента включения инфракрасного светодиода 6 (излучателя) и до момента регистрации максимума частоты (или минимума длительности периода) резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3.The flow rate of the
При этом происходит уменьшение влияния на результат измерения расхода жидкой среды 2 изменений мощности излучения и ширины спектра излучения инфракрасного светодиода 6, например, при изменении температуры или деградации со временем инфракрасного светодиода 6, что повышает точность измерения.In this case, there is a decrease in the effect on the result of measuring the flow rate of the
Момент включения инфракрасного светодиода 6 соответствует переднему фронту импульса накачки (прямоугольного импульса) генератора прямоугольных импульсов, поступающего в цепь питания инфракрасного светодиода 6. При этом через p-n-переход инфракрасного светодиода 6 начинает протекать прямой ток.The moment of turning on of the
Максимум частоты (или минимум длительности периода) резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3 может быть определен с помощью высокочастотного генератора вычислительного устройства измерительной схемы 7 путем измерения интервала времени, в который укладывается заданное (определенное) количество периодов резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3.The maximum frequency (or minimum period duration) of the resonant oscillations of the electromagnetic field of the oscillating circuit 3 can be determined using the high-frequency generator of the computing device of the measuring circuit 7 by measuring the time interval into which a given (defined) number of periods of resonant oscillations of the electromagnetic field of the oscillating circuit 3 fits.
При этом частота высокочастотного генератора вычислительного устройства измерительной схемы 7 может составить более 1 ГТц.The frequency of the high-frequency generator of the computing device of the measuring circuit 7 may be more than 1 GTZ.
При максимуме частоты резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура 3 расстояние вдоль оси трубопровода 1 от переднего фронта диэлектрической метки и до прямой, проходящей через центры первой 8 и второй 9 обкладок конденсатора колебательного контура, определяется профилем скоростей потока жидкой среды 2 по сечению трубопровода 1.With a maximum frequency of resonant vibrations of the electromagnetic field of the oscillatory circuit 3, the distance along the axis of the
В дальнейшем цикл измерения расхода жидкой среды 2 повторяется.In the future, the cycle of measuring the flow rate of the
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Предлагаемые способ измерения расхода жидкой среды и устройство для его осуществления найдут широкое применение в устройствах измерительной техники, специалистам будут очевидны и другие частные случаи автоматизации измерения расхода жидкой среды.The proposed method for measuring the flow rate of a liquid medium and a device for its implementation will find wide application in devices of measuring equipment, other special cases of automation of measuring the flow rate of a liquid medium will be obvious to specialists.
Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.This description and examples are considered as material illustrating the invention, the essence of which and the scope of patent claims are defined in the following claims, a combination of essential features and their equivalents.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013142553/28A RU2561251C2 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Method of measurement of liquid medium flow rate and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013142553/28A RU2561251C2 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Method of measurement of liquid medium flow rate and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013142553A RU2013142553A (en) | 2015-03-27 |
| RU2561251C2 true RU2561251C2 (en) | 2015-08-27 |
Family
ID=53286485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013142553/28A RU2561251C2 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Method of measurement of liquid medium flow rate and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2561251C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019027339A1 (en) * | 2017-08-03 | 2019-02-07 | Василий Радионович РАССОМАГИН | Device for measuring the flow of a liquid medium |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU685916A1 (en) * | 1977-07-14 | 1979-09-15 | Pelepelin Evgenij V | Method of measuring liquid low rate by injection of marks into the liquid flow |
| SU769339A1 (en) * | 1978-11-22 | 1980-10-07 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им. Ленсовета | Tracer heat flowmeter |
| SU1553831A1 (en) * | 1986-11-18 | 1990-03-30 | Балаковский Филиал Саратовского Политехнического Института | Polarizing flowmeter |
-
2013
- 2013-09-17 RU RU2013142553/28A patent/RU2561251C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU685916A1 (en) * | 1977-07-14 | 1979-09-15 | Pelepelin Evgenij V | Method of measuring liquid low rate by injection of marks into the liquid flow |
| SU769339A1 (en) * | 1978-11-22 | 1980-10-07 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им. Ленсовета | Tracer heat flowmeter |
| SU1553831A1 (en) * | 1986-11-18 | 1990-03-30 | Балаковский Филиал Саратовского Политехнического Института | Polarizing flowmeter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019027339A1 (en) * | 2017-08-03 | 2019-02-07 | Василий Радионович РАССОМАГИН | Device for measuring the flow of a liquid medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013142553A (en) | 2015-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2011357590B2 (en) | Temperature sensing and heating device | |
| JPS62132148A (en) | Method of detecting possibility of formation of ice and ice alarm device for executing said method and utilization thereof | |
| US20130093436A1 (en) | Electromagnetic method for sensing the relative position of two items using coupled tuned circuits | |
| CN104502235B (en) | Self-closing oil viscosity detecting line sensor and its method | |
| US20150144543A1 (en) | Flowmeter, dialysis machine and medicinal solution injection device | |
| RU2561251C2 (en) | Method of measurement of liquid medium flow rate and device for its implementation | |
| CN103281044A (en) | Method for tuning active frequency of magnetically-actuated piezoresistive vibration pickup type MEMS (Microelectromechanical Systems) resonator | |
| RU2009103314A (en) | CONDUCTIVITY SENSOR AND DIALYSIS DEVICE CONTAINING SUCH SENSOR | |
| Bera et al. | Study of a simple linearization technique of pn-junction-type anemometric flow sensor | |
| RU2718123C1 (en) | Device for measuring flow rate of liquid medium | |
| Osadcuk et al. | Radiomeasuring thermal flowmeter of gas on the basis of transistor structure with negative resistance | |
| RU2574321C2 (en) | Method to measure fluid medium flow and device for its realisation | |
| RU2625539C1 (en) | Inductive sensor of tachometric liquid metre | |
| Huang | Design of four channel data acquisition system based on Ldc1614 | |
| RU2490653C2 (en) | Conductor insulation failure detection | |
| RU2495382C2 (en) | Measuring method of liquid or gaseous measured medium | |
| EA028469B1 (en) | Method for measuring the flow rate of a liquid medium and device for implementing same | |
| JP4571898B2 (en) | Current meter and flow meter | |
| RU2319138C1 (en) | Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor | |
| WO2015171015A1 (en) | Method for measuring flow rate of liquid medium | |
| JP2014219373A (en) | Resonance detection sensor | |
| RU2490608C2 (en) | Measurement of parameters of controlled object mechanical oscillations | |
| SU469898A1 (en) | Device for controlling the temperature of high-voltage power transformers | |
| SU169816A1 (en) | DEVICE FOR NON-CONTACT | |
| CZ2013482A3 (en) | Float-type flow meter with electric output |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150918 |