[go: up one dir, main page]

RU2235977C2 - Gas-flow counter - Google Patents

Gas-flow counter Download PDF

Info

Publication number
RU2235977C2
RU2235977C2 RU2002121193/28A RU2002121193A RU2235977C2 RU 2235977 C2 RU2235977 C2 RU 2235977C2 RU 2002121193/28 A RU2002121193/28 A RU 2002121193/28A RU 2002121193 A RU2002121193 A RU 2002121193A RU 2235977 C2 RU2235977 C2 RU 2235977C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
float
central
cone
central cone
gas flow
Prior art date
Application number
RU2002121193/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002121193A (en
Inventor
В.Э. Дрейзин (RU)
В.Э. Дрейзин
ков В.Г. Пол (RU)
В.Г. Поляков
нников Ю.А. Овс (RU)
Ю.А. Овсянников
С.В. Басов (RU)
С.В. Басов
Original Assignee
ФГУП Курский завод "Маяк"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФГУП Курский завод "Маяк" filed Critical ФГУП Курский завод "Маяк"
Priority to RU2002121193/28A priority Critical patent/RU2235977C2/en
Publication of RU2002121193A publication Critical patent/RU2002121193A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2235977C2 publication Critical patent/RU2235977C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: proposed gas-flow counter includes rotameter with cylindrical measuring tube , circular float and electronic measuring circuit. Surface of central cone passing via through central hole in float is brought in contact with taper side inner wall of float when it is in lower position. Tube, float and cone made from conducting material are linings of capacitance converter are coated with insulating layer. Electronic measuring circuit consists of high-frequency self-excited oscillator whose driving RC-chain is provided with capacitance converter for motion of float.
EFFECT: enhanced accuracy of measurement; simplified construction.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидких и газообразных сред и, в частности, для измерения расхода природного газа.The invention relates to measuring technique and can be used to measure the flow rate of liquid and gaseous media and, in particular, to measure the flow rate of natural gas.

Известно множество конструкций первичных преобразователей расхода жидких и газообразных сред, основанных на различных физических принципах. В том числе: на основе измерения перепада давления в специальном сужающем устройстве (диафрагма, труба Вентури), вставляемом в магистраль; на основе измерения напора движущейся среды при столкновении с преградой различной формы, помещаемой в магистраль (измеряется сила воздействия потока среды на преграду); на основе измерения скорости вращения турбинки, обтекаемой потоком жидкости или газа; на основе измерения высоты подъема поплавка в конической или цилиндрической трубке под напором потока жидкости или газа (при подъеме поплавка увеличивается кольцевой просвет между поплавком и стенками конической трубки или конической насадкой, проходящей через центральное отверстие поплавка); на основе измерения частоты образования вихрей при обтекании средой плохообтекаемого тела, помещаемого в поток среды (эта частота оказывается пропорциональной скорости потока); на основе измерения электрического сопротивления терморезистора, помещаемого в поток контролируемой среды и подогреваемого проходящим по нему электрическим током, и др. [1, 2].There are many designs of primary flow converters for liquid and gaseous media based on various physical principles. Including: on the basis of measuring the pressure drop in a special constricting device (diaphragm, Venturi pipe) inserted into the line; based on the measurement of the pressure of a moving medium in a collision with an obstacle of various shapes placed on a highway (the force of the influence of the medium flow on the obstacle is measured); based on measuring the speed of rotation of a turbine flowing around a stream of liquid or gas; based on measuring the height of the float in a conical or cylindrical tube under the pressure of a liquid or gas flow (when the float rises, the annular gap between the float and the walls of the conical tube or conical nozzle passing through the central hole of the float increases); on the basis of measuring the frequency of vortex formation when a medium flows around a poorly streamlined body placed in a medium flow (this frequency is proportional to the flow velocity); based on measuring the electrical resistance of a thermistor placed in a stream of a controlled environment and heated by an electric current passing through it, etc. [1, 2].

Для построения счетчика расхода газа с широким диапазоном измеряемых расходов и особенно малых расходов (бытового назначения) наиболее удобно использовать ротаметрические первичные преобразователи, основанные на методе перепада давления. Это уже упоминавшиеся преобразователи, в которых под действием потока контролируемой среды на обтекаемое им тело (поплавок) последний поднимается на определенную высоту, зависящую от скорости потока (мгновенного расхода). В [1, с.228-233] описываются две наиболее широко используемые конструкции поплавковых ротаметров: с конической измерительной трубкой и цилиндрической измерительной трубкой и коаксиально размещенным в ней конусом. Для преобразования положения поплавка в электрический сигнал может использоваться дифференциально-трансформаторный преобразователь, подвижный сердечник которого соединен штоком с поплавком [1. c.232, рис. 7.16 в], магнитоиндукционный метод [3], система герконов, включаемых постоянным магнитом, встроенным в поплавок [4], или емкостный метод [5].To construct a gas flow meter with a wide range of measured flow rates and especially low flow rates (domestic use), it is most convenient to use rotametric primary transducers based on the differential pressure method. These are the already mentioned converters, in which, under the influence of the flow of a controlled medium on the body streamlined by it (float), the latter rises to a certain height, depending on the flow velocity (instantaneous flow). In [1, p.228-233] two of the most widely used designs of float rotameters are described: with a conical measuring tube and a cylindrical measuring tube and a cone coaxially placed in it. To convert the position of the float into an electrical signal, a differential transformer converter can be used, the movable core of which is connected by a rod to the float [1. c.232, fig. 7.16 c], the magneto-induction method [3], the system of reed switches included by a permanent magnet integrated in the float [4], or the capacitive method [5].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является емкостный ротаметр по а.с. №1682792 [5]. Он состоит из конической трубки, выполненной из диэлектрического материала, внутри которой размещен поплавок таким образом, что в крайнем нижнем положении он полностью перекрывает нижнее (меньшее) отверстие конической трубки. Под напором потока газа, подводимого снизу, поплавок поднимается на определенную высоту, и между ним и внутренней поверхностью трубки образуется кольцевой зазор, через который и проходит поток газа. Площадь этого зазора будет пропорциональна высоте подъема поплавка, которая, в свою очередь, зависит от скорости потока газа (т.е. его расхода). Эта высота будет соответствовать моменту наступления равновесия между действующей на поплавок подъемной силой потока газа и весом поплавка. Чтобы стабилизировать положение поплавка по оси конусной трубки при его подъеме, на боковой поверхности поплавка выполняются косые канавки, проходя через которые газ придает поплавку вращательное движение, а его центр тяжести находится ниже сечения с максимальной площадью, что предохраняет его от опрокидывания. На наружной поверхности конусной трубки размещены три обкладки дифференциального емкостного преобразователя, одна из которых имеет вытянутую прямоугольную форму и расположена вдоль образующей конусной трубки, а две другие - треугольную, причем треугольные обкладки размещаются по обе стороны от прямоугольной так, что их высотные стороны находятся на одинаковом расстоянии от прямоугольной обкладки и параллельны ей, а их основания расположены в противоположных направлениях (одно снизу, другое сверху). Поплавок выполнен из диэлектрического материала с высокой диэлектрической проницаемостью. Поэтому при его подъеме обе емкости дифференциального емкостного преобразователя, измеряемые между прямоугольной обкладкой и каждой из треугольных, будут изменяться (одна увеличиваться, а другая уменьшаться).Closest to the technical nature of the present invention is a capacitive rotameter as.with. No. 1682792 [5]. It consists of a conical tube made of dielectric material, inside which a float is placed so that in the lowermost position it completely overlaps the lower (smaller) hole of the conical tube. Under the pressure of the gas flow supplied from below, the float rises to a certain height, and an annular gap is formed between it and the inner surface of the tube, through which the gas flow passes. The area of this gap will be proportional to the height of the float, which, in turn, depends on the gas flow rate (i.e. its flow rate). This height will correspond to the moment of equilibrium between the lifting force of the gas flow acting on the float and the weight of the float. To stabilize the position of the float along the axis of the conical tube when it is raised, oblique grooves are made on the lateral surface of the float, passing through which the gas gives the float a rotational movement, and its center of gravity is below the section with a maximum area, which prevents it from tipping over. On the outer surface of the conical tube there are three plates of the differential capacitive transducer, one of which has an elongated rectangular shape and is located along the generatrix of the conical tube, and the other two are triangular, and the triangular plates are placed on both sides of the rectangular so that their high sides are on the same distance from the rectangular lining and parallel to it, and their bases are located in opposite directions (one from the bottom, the other from the top). The float is made of a dielectric material with a high dielectric constant. Therefore, when it rises, both capacitances of the differential capacitive transducer, measured between the rectangular plate and each of the triangular ones, will change (one will increase and the other will decrease).

Основными недостатками описанного ротаметра являются малая величина измеряемых емкостей (по прикидочным расчетам - меньше одной пикофарады) и недостаточная чувствительность емкостного преобразователя. Малая величина измеряемых емкостей определяется большим расстоянием между прямоугольной и треугольными обкладками (особенно между противолежащими прямоугольной обкладке сторонами треугольных обкладок). А малая чувствительность определяется слабой зависимостью этих емкостей от положения поплавка. Действительно, даже если выполнить поплавок из конденсаторной керамики с относительной диэлектрической проницаемостью порядка 100 (все остальные диэлектрические твердые материалы, включая полимерные, имеют диэлектрическую проницаемость от 2 до 8), то и в этом случае основная доля емкостей между прямоугольной и треугольными пластинами будет определяться силовыми линиями электростатических полей рассеяния, замыкающимися между высотными сторонами треугольных обкладок, находящимися в непосредственной близости от прямоугольной обкладки, причем эти силовые линии будут замыкаться не через поплавок, а через материал трубы и воздушный зазор. Более того, по мере подъема поплавка радиальный зазор между обкладками и поплавком будет увеличиваться, а значит, влияние поплавка на эти емкости будет ослабляться еще сильнее. Это, кстати, приведет к нелинейности функции преобразования емкостного преобразователя. Все эти недостатки резко ухудшают точность измерения расхода газа.The main disadvantages of the described rotameter are the small size of the measured capacities (according to the approximate calculations - less than one picofarad) and the insufficient sensitivity of the capacitive transducer. The small size of the measured capacitances is determined by the large distance between the rectangular and triangular plates (especially between the opposite sides of the rectangular plate of the triangular plates). A low sensitivity is determined by the weak dependence of these capacities on the position of the float. Indeed, even if you make a float made of capacitor ceramics with a relative dielectric constant of about 100 (all other dielectric solid materials, including polymeric ones, have a dielectric constant of 2 to 8), then in this case the main fraction of capacities between rectangular and triangular plates will be determined by force by lines of electrostatic scattering fields that are closed between the high sides of the triangular plates located in the immediate vicinity of the rectangular plate, moreover, these power lines will be closed not through the float, but through the pipe material and the air gap. Moreover, as the float rises, the radial clearance between the plates and the float will increase, which means that the effect of the float on these containers will weaken even more. This, by the way, will lead to nonlinearity of the conversion function of the capacitive converter. All these shortcomings sharply worsen the accuracy of gas flow measurement.

Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются: резкое повышение чувствительности датчика расхода, увеличение величины емкости емкостного преобразователя перемещения поплавка и, как следствие, повышение точности измерения расхода газа, а также упрощение конструкции и технологичности поплавкового ротаметра, являющегося датчиком мгновенного расхода газа в рассматриваемом счетчике расхода газа. Эти задачи решаются путем использования поплавкового ротаметра с цилиндрической измерительной трубкой, центральным конусом и поплавком с центральным отверстием, через которое проходит конус, емкостного преобразователя перемещения поплавка и электронной измерительной схемы, причем измерительная трубка, поплавок и центральный конус выполнены из электропроводного материала и являются обкладками емкостного преобразователя перемещения поплавка, поплавок имеет конусную боковую внутреннюю стенку, прилегающую к центральному конусу при нижнем положении поплавка, а емкость, образованная последовательным соединением емкостей между внутренней боковой поверхностью поплавка и конусом и между наружной боковой поверхностью поплавка и цилиндрической измерительной трубкой, включена в задающую RC-цепочку высокочастотного автогенератора, выход которого подключен к последовательному порту микроЭВМ, а выход микроЭВМ соединен с цифровым индикатором.The technical problems to which the invention is directed are: a sharp increase in the sensitivity of the flow sensor, an increase in the capacitance value of the capacitive transducer for displacing the float and, as a result, an increase in the accuracy of measuring the gas flow, as well as simplification of the design and manufacturability of the float rotameter, which is a sensor for instant gas flow in the gas meter in question. These problems are solved by using a float rotameter with a cylindrical measuring tube, a central cone and a float with a central hole through which the cone passes, a capacitive transducer for displacing the float and an electronic measuring circuit, and the measuring tube, float and central cone are made of electrically conductive material and are capacitive plates the float displacement transducer, the float has a conical lateral inner wall adjacent to the central cone at the lower position of the float, and the capacity formed by the serial connection of the containers between the inner side surface of the float and the cone and between the outer side surface of the float and the cylindrical measuring tube is included in the master RC circuit of the high-frequency oscillator, the output of which is connected to the serial port of the microcomputer, and the output of the microcomputer is connected with a digital indicator.

Устройство поплавкового ротаметра показано на фиг.1 (а), эквивалентная схема емкостного преобразователя перемещения поплавка - на фиг.1 (б), а измерительная схема счетчика расхода газа - на фиг.2. Поплавковый ротаметр состоит из цилиндрической измерительной трубки 1, центрального конуса 2 и поплавка 3 кольцевой формы с конусной боковой внутренней стенкой, прилегающей к центральному конусу 2, при нижнем положении поплавка, причем и цилиндрическая измерительная трубка 1, и центральный конус 2, и поплавок 3 выполнены из электропроводного материала, а для предотвращения электрического замыкания между ними поверхности поплавка покрыты изоляционным слоем, а центральный конус крепится с помощью диэлектрической втулки со сквозными отверстиями для прохода газа.The device float rotameter shown in figure 1 (a), the equivalent circuit of a capacitive transducer displacement of the float in figure 1 (b), and the measuring circuit of the gas flow meter in figure 2. The float rotameter consists of a cylindrical measuring tube 1, a central cone 2 and an annular float 3 with a conical lateral inner wall adjacent to the central cone 2, with the float in the lower position, and the cylindrical measuring tube 1, and the central cone 2, and the float 3 are made made of electrically conductive material, and to prevent electrical shortage between them, the surfaces of the float are covered with an insulating layer, and the central cone is attached using a dielectric sleeve with through holes tii for the passage of gas.

Измерительная схема (фиг.2) состоит из высокочастотного автогенератора 4, микроЭВМ 5 и цифрового индикатора 6, причем в задающую RC-цепочку высокочастотного автогенератора в качестве емкости включен емкостный преобразователь перемещения поплавка, образованный последовательным соединением емкостей между внутренней стенкой поплавка и центральным конусом и между наружной стенкой поплавка и цилиндрической измерительной трубкой, а выход автогенератора 4 подключен к последовательному (т.е. однобитовому) порту микроЭВМ 5, а ее выход - к цифровому индикатору 6.The measuring circuit (figure 2) consists of a high-frequency oscillator 4, a microcomputer 5 and a digital indicator 6, and a capacitive transducer for displacing the float formed by the series connection of the capacitance between the inner wall of the float and the central cone and between the outer wall of the float and a cylindrical measuring tube, and the output of the oscillator 4 is connected to the serial (i.e., single-bit) port of the microcomputer 5, and its output is digitally in indicator 6.

Счетчик расхода газа работает следующим образом. Поплавковый ротаметр встраивается в газовую магистраль строго вертикально так, чтобы поток газа был направлен снизу (по стрелкам на фиг.1). При нулевом расходе газа давление снизу и сверху поплавка 3 одинаково и поплавок под собственным весом опускается в крайнее нижнее положение, при котором кольцевой зазор между поплавком 3 и центральным конусом 2 равен нулю. При наличии расхода газа давление сверху поплавка падает и под напором газового потока снизу поплавок поднимается на такую высоту, на которой напор газа снизу уравновешивается весом поплавка и уменьшившимся давлением газа сверху поплавка (см. [1. с.228-231]). При подъеме поплавка емкость Cв между внутренней боковой стенкой поплавка 3 и центральным конусом 2 будет уменьшаться за счет увеличения кольцевого зазора между ними. Емкость Сн между наружной боковой стенкой поплавка и цилиндрической измерительной трубкой 1 будет оставаться неизменной, т.к. при перемещении поплавка 3 и величина зазора, и площадь перекрытия электродов этой емкости не меняются. Следовательно, общая емкость между центральным конусом 2 и цилиндрической измерительной трубкой 1 будет представлять собой последовательное соединение двух вышеуказанных емкостей. А поскольку емкость Св даже при нижнем положении поплавка (когда эта емкость максимальна) много меньше, чем последовательно с ней соединенная емкость Сн (т.к. площадь перекрытия электродов последней емкости существенно больше площади перекрытия электродов первой из них при одинаковых величинах зазора), то изменения общей емкости Сизм между цилиндрической измерительной трубкой 1 и центральным конусом 2 будут определяться изменениями меньшей из последовательно соединенных емкостей, т.е. емкости Св. Можно показать, что при перемещении поплавка из крайнего нижнего в крайнее верхнее положение изменение этой емкости будет весьма значительным. Считая поле однородным в воздушном зазоре между внутренней боковой стенкой поплавка 3 и центральным конусом 2 и учитывая, что высота поплавка 3 много меньше высоты центрального конуса 2, для прикидочного расчета можно воспользоваться формулой для емкости цилиндрического конденсатора [6, с.45]:The gas flow meter works as follows. The float rotameter is built into the gas line strictly vertically so that the gas flow is directed from below (according to the arrows in FIG. 1). At zero gas flow, the pressure from the bottom and top of the float 3 is the same and the float under its own weight drops to its lowest position, at which the annular gap between the float 3 and the central cone 2 is zero. If there is a gas flow, the pressure on the top of the float drops and under the pressure of the gas flow from below the float rises to such a height that the pressure of the gas from below is balanced by the weight of the float and the decreased gas pressure on top of the float (see [1. p.228-231]). When the float rises, the capacitance C in between the inner side wall of the float 3 and the central cone 2 will decrease due to an increase in the annular gap between them. The capacity C n between the outer side wall of the float and the cylindrical measuring tube 1 will remain unchanged, because when moving the float 3, both the gap value and the overlapping area of the electrodes of this capacity do not change. Therefore, the total capacitance between the central cone 2 and the cylindrical measuring tube 1 will be a series connection of the two above-mentioned containers. Since the capacitance C in the lower position, even when the float (when the maximum capacity) is much smaller than in series with it combined capacitance C n (since the final area of overlap capacitance electrodes substantially greater than the area of overlap of the first electrodes are at the same values of gap) , then changes in the total capacitance C ISM between the cylindrical measuring tube 1 and the central cone 2 will be determined by changes in the smaller of the series-connected capacities, i.e. capacity C in . It can be shown that when the float moves from the lowest to the highest position, the change in this capacity will be very significant. Considering the field to be uniform in the air gap between the inner side wall of the float 3 and the central cone 2 and considering that the height of the float 3 is much less than the height of the central cone 2, for the approximate calculation, you can use the formula for the capacity of a cylindrical capacitor [6, p.45]:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где h - высота поплавка;where h is the height of the float;

ε и ε0 - соответственно относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, разделяющего обкладки конденсатора, и абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума;ε and ε 0 are the relative permittivity of the dielectric separating the capacitor plates, and the absolute permittivity of the vacuum, respectively;

D и d - соответственно диаметры внешнего и внутреннего цилиндров (в нашем случае это диаметры соответственно внутренней боковой стенки поплавка 3 и центрального конуса 2 в среднем сечении поплавка).D and d are the diameters of the outer and inner cylinders, respectively (in our case, these are the diameters of the inner side wall of the float 3 and the central cone 2 in the middle section of the float, respectively).

Поскольку при перемещении поплавка величины h, D и ε остаются неизменными и меняется только диаметр d сечения центрального конуса 2, соответствующего положению среднего сечения поплавка 3, то для определения относительного изменения этой емкости при крайних положениях поплавка 3 достаточно подсчитать соответствующие отношения этих диаметров.Since when the float moves, the values of h, D, and ε remain unchanged and only the diameter d of the cross section of the central cone 2, corresponding to the position of the middle section of the float 3, changes, to determine the relative change in this capacity at the extreme positions of the float 3, it suffices to calculate the corresponding ratios of these diameters.

При крайнем нижнем положении поплавка 3 внутренняя его стенка прилегает к поверхности центрального конуса 2 и их разделяет только изоляционный слой, максимальную толщину которого можно принять равной 0,5 мм (если поплавок изготовить из алюминиевого сплава и для изоляции оксидировать его поверхности, то толщина этого слоя будет еще меньше). Приняв D=20 мм, получим dн=19 мм и D/dн=1,0526, a ln(D/dн)=0,05126.When the float 3 is in the lowest position, its inner wall is adjacent to the surface of the central cone 2 and only an insulating layer separates them, the maximum thickness of which can be assumed to be 0.5 mm (if the float is made of an aluminum alloy and oxidizes its surface for insulation, then the thickness of this layer will be even less). Having taken D = 20 mm, we obtain d n = 19 mm and D / d n = 1.0526, and ln (D / d n ) = 0.05126.

При крайнем верхнем положении поплавка 3 примем dв=6 мм и соответственно D/dв=3,333 и ln(D/dв)=1,204.With the highest position of the float 3, we take d in = 6 mm and, accordingly, D / d in = 3.333 and ln (D / d in ) = 1.204.

Отношение Cвн составит 23,5.The ratio of C in / C n will be 23.5.

Реально изменение емкости окажется меньше, т.к. измеряемая емкость Сизм между центральным конусом 2 и цилиндрической измерительной трубкой 1 будет определяться не только емкостями, образованными зазорами между боковыми поверхностями поплавка 3 с данными элементами, но и постоянной распределенной емкостью между цилиндрической измерительной трубкой и центральным конусом за счет полей, замыкающихся выше и ниже поплавка 3 при его произвольном расположении. Приближенно эту емкость можно оценить по той же формуле, задавшись диаметром (внутренним) Dm цилиндрической измерительной трубки 1 и ее высотой Нm. Если принять Dm=50 мм и Нm=100 мм, то взяв d, соответствующее среднему сечению центрального конуса 2, равное d=(20+6)/2=13 мм, получимActually, the change in capacity will be less, because the measured capacitance C meas between the central cone 2 and the cylindrical measuring tube 1 will be determined not only by the capacities formed by the gaps between the side surfaces of the float 3 with these elements, but also by the constant distributed capacitance between the cylindrical measuring tube and the central cone due to fields closing above and below float 3 at its arbitrary location. Approximately this capacity can be estimated by the same formula, given the diameter (internal) D m of the cylindrical measuring tube 1 and its height H m . If we take D m = 50 mm and H m = 100 mm, then taking d, corresponding to the average section of the central cone 2, equal to d = (20 + 6) / 2 = 13 mm, we obtain

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

При тех же размерах и высоте поплавка h=10 мм составляющая полезной емкости (через поплавок) между внутренней боковой стенкой поплавка 3 и центральным конусом 2 при нижнем положении поплавка Свн будетWith the same dimensions and height of the float h = 10 mm, the component of the useful capacity (through the float) between the inner side wall of the float 3 and the central cone 2 at the lower position of the float C int will be

Figure 00000004
;
Figure 00000004
;

при верхнем положении поплавкаat the upper position of the float

Figure 00000005
;
Figure 00000005
;

а емкость Сн между наружной боковой поверхностью поплавка 3 и цилиндрической измерительной трубкой 1 (она не зависит от положения поплавка) будетand the capacitance C n between the outer lateral surface of the float 3 and the cylindrical measuring tube 1 (it does not depend on the position of the float) will be

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

Таким образом, при данных размерах ротаметра измеряемая емкость составит при нижнем положении поплавкаThus, with given dimensions of the rotameter, the measured capacity will be at the lower position of the float

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

а при верхнемand at the top

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

Следовательно, при крайних положениях поплавка измеряемая емкость будет изменяться в Сизм.низм.в=2,6 раза.Therefore, at the extreme positions of the float, the measured capacitance will change in C meas.n / C meas.v = 2.6 times.

Как видим, из-за влияния распределенной емкости С0 полезное изменение измеряемой емкости существенно уменьшается, а функция преобразования емкостного преобразователя перемещения поплавка становится нелинейной (вначале чувствительность высокая, а затем по мере подъема поплавка, когда доля распределенной емкости С0 в общей измеряемой емкости становится превалирующей, она падает). Для уменьшения нелинейности функции преобразования необходимо увеличивать диаметр цилиндрической измерительной трубки 1 и использовать усеченный центральный конус 2 с тем, чтобы при верхнем положении поплавка 3 величина изменяющейся составляющей емкости Св была бы сопоставима с величиной распределенной емкости С0.As you can see, due to the influence of the distributed capacitance C 0, the useful change in the measured capacitance significantly decreases, and the conversion function of the capacitive transducer of displacement of the float becomes nonlinear (at first the sensitivity is high, and then as the float rises, when the proportion of the distributed capacitance C 0 in the total measured capacitance becomes prevailing, it falls). To reduce the nonlinearity of the conversion function, it is necessary to increase the diameter of the cylindrical measuring tube 1 and use a truncated central cone 2 so that when the float 3 is in the upper position, the magnitude of the changing component of the capacitance C in would be comparable with the value of the distributed capacitance C 0 .

В качестве измерительной схемы должна быть использована схема, позволяющая заземлять одну из обкладок измеряемой емкости (цилиндрическую измерительную трубку 1), т.к. в этом случае не понадобится дополнительного экранирования емкостного преобразователя (сама цилиндрическая измерительная трубка 1 будет служить экраном).As a measuring circuit, a circuit should be used that allows you to ground one of the plates of the measured capacitance (cylindrical measuring tube 1), because in this case, no additional shielding of the capacitive transducer is required (the cylindrical measuring tube 1 itself will serve as a screen).

Для удобства построения счетчика расхода газа и повышения точности измерений желательно применять измерительную схему с частотным выходом. Такой схемой может служить высокочастотный автогенератор, в задающую RC-цепочку которого включен емкостный преобразователь перемещения поплавка. Частота автогенератора может измеряться программно с помощью микроЭВМ, которая осуществляет преобразование измеренной частоты в текущее значение расхода газа и накопление расхода за любой интервал времени. Такая измерительная схема изображена на фиг.2. На ней емкостный преобразователь перемещения поплавка обозначен как емкость Сизм, включенная в задающую RC-цепочку автогенератора 4, а выход автогенератора 4 подключен к последовательному (однобитовому) порту микроЭВМ 5, выход которой подключен к цифровому индикатору 6. Диапазон измеряемых частот при этом должен выбираться в соответствии с быстродействием используемой микроЭВМ. МикроЭВМ 5 программно измеряет частоту сигнала, поступающего с выхода автогенератора 4, и преобразует ее в значения мгновенного объемного расхода газа по тарировочной характеристике, занесенной в память микроЭВМ 5. Суммируя мгновенные расходы газа через равные интервалы времени (1 с), она определяет суммарный расход газа за любые интервалы времени и индицирует его на цифровом индикаторе 6. Вспомогательные и сервисные функции, выполняемые микроЭВМ, здесь не рассматриваются. Для уменьшения влияния сетевой помехи целесообразно время измерения частоты выбирать кратным периоду промышленной сети (20 мс).For the convenience of constructing a gas flow meter and improving the accuracy of measurements, it is desirable to use a measuring circuit with a frequency output. Such a circuit can be a high-frequency oscillator, in the master RC-circuit of which is included a capacitive transducer for moving the float. The frequency of the oscillator can be measured programmatically using a microcomputer, which converts the measured frequency into the current value of the gas flow and the accumulation of flow for any time interval. Such a measuring circuit is shown in figure 2. On it, the capacitive transducer for displacing the float is designated as the capacitance C ISM included in the RC oscillator driver circuit 4, and the output of the oscillator 4 is connected to the serial (single-bit) port of the microcomputer 5, the output of which is connected to the digital indicator 6. The range of measured frequencies should be selected in accordance with the speed of the used microcomputer. Microcomputer 5 programmatically measures the frequency of the signal coming from the output of the oscillator 4 and converts it into values of the instantaneous gas flow rate using the calibration characteristic stored in the memory of the microcomputer 5. Summing up the instantaneous gas flow rate at equal time intervals (1 s), it determines the total gas flow rate for any time intervals and displays it on the digital indicator 6. The auxiliary and service functions performed by the microcomputer are not considered here. To reduce the influence of network interference, it is advisable to choose the time of frequency measurement as a multiple of the period of the industrial network (20 ms).

Таким образом, при упрощении конструкции и повышении технологичности изготовления поплавкового ротаметра достигнуты: существенное повышение его чувствительности, увеличение абсолютных значений емкости емкостного преобразователя перемещения поплавка, а значит, и повышение точности измерения расхода газа. Следовательно, все поставленные технические задачи решены.Thus, while simplifying the design and increasing the manufacturability of the production of the float rotameter, the following results were achieved: a significant increase in its sensitivity, an increase in the absolute values of the capacitance of the capacitive transducer for displacing the float, and, therefore, an increase in the accuracy of measuring gas flow. Therefore, all the assigned technical tasks are solved.

ЛитератураLiterature

1. Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа. 1989. - 456 с.1. Farzane N.G., Ilyasov L.V., Azim-zade A.Yu. Technological measurements and instruments: Textbook for universities. - M .: Higher school. 1989 .-- 456 p.

2. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений: Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.2. Spector S.A. Electrical measurements of physical quantities: Measurement methods: Textbook. manual for universities. - L .: Energoatomizdat, 1987 .-- 320 p.

3. А.с. № 595625, СССР. Ротаметр. / Брюханов Б.К., Григоровский Б.К. Завьялов В.Г. Опубл. 28.02.1978, Бюл. № 8.3. A.S. No. 595625, USSR. Rotameter. / Brukhanov B.K., Grigorovsky B.K. Zavyalov V.G. Publ. 02/28/1978, Bull. Number 8.

4. А.с. № 792076, СССР. Ротаметр. / Колмыков С.П., Тарханов О.В. Опубл. 30.12.1980, Бюл. № 48.4. A.S. No. 792076, USSR. Rotameter. / Kolmykov S.P., Tarkhanov O.V. Publ. 12/30/1980, Bull. Number 48.

5. А.с. № 1682792, СССР. Емкостный ротаметр. / Дубровский М.Г., Зеленин А.Н. Опубл. 07.10.1991, Бюл. № 37.5. A.S. No. 1682792, USSR. Capacitive flowmeter. / Dubrovsky M.G., Zelenin A.N. Publ. 10/07/1991, Bull. Number 37.

6. Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. Изд. 4. - М.-Л.: Энергия, 1966. - 690 с.6. Turichin A.M. Electrical measurements of non-electrical quantities. Ed. 4. - M.-L.: Energy, 1966 .-- 690 p.

Claims (2)

1. Счетчик расхода газа, содержащий ротаметр с измерительной трубкой, поплавок, емкостной преобразователь перемещения поплавка и электронную измерительную схему, отличающийся тем, что он снабжен центральным конусом, проходящим через центральное отверстие в поплавке кольцевой формы, конусная боковая внутренняя стенка которого прилегает к поверхности центрального конуса при нижнем положении поплавка, измерительная трубка, выполненная цилиндрической, поплавок и центральный конус выполнены из электропроводного материала и являются обкладками емкостного преобразователя перемещения поплавка, а для предотвращения электрического замыкания между цилиндрической измерительной трубкой, центральным конусом и поплавком их поверхности покрыты изоляционным слоем.1. A gas flow meter comprising a rotameter with a measuring tube, a float, a capacitive transducer for moving the float and an electronic measuring circuit, characterized in that it is provided with a central cone passing through the central hole in the ring-shaped float, the conical side inner wall of which is adjacent to the surface of the central the cone when the float is in the lower position, the measuring tube is made cylindrical, the float and the central cone are made of electrically conductive material and are obk adkami capacitive transducer float movement, and to prevent electrical insulation between the cylindrical measurement tube, a central cone and float them to the surface coated with an insulating layer. 2. Счетчик расхода газа по п.1, отличающийся тем, что его электронная измерительная схема состоит из высокочастотного автогенератора, микроЭВМ и цифрового индикатора, причем в задающую RC-цепочку высокочастотного автогенератора в качестве емкости включен емкостной преобразователь перемещения поплавка, образованный последовательным соединением емкостей между внутренней боковой стенкой поплавка и центральным конусом и между наружной боковой стенкой поплавка и цилиндрической измерительной трубкой, а выход автогенератора подключен к последовательному порту микроЭВМ, выход которой подключен к цифровому индикатору.2. The gas flow meter according to claim 1, characterized in that its electronic measuring circuit consists of a high-frequency oscillator, a microcomputer and a digital indicator, and a capacitive transducer of displacement of the float formed by a series connection of capacities between the inner side wall of the float and the central cone and between the outer side wall of the float and the cylindrical measuring tube, and the output of the oscillator is connected to been consistent port of the microcomputer, the output of which is connected to the digital display.
RU2002121193/28A 2002-08-05 2002-08-05 Gas-flow counter RU2235977C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002121193/28A RU2235977C2 (en) 2002-08-05 2002-08-05 Gas-flow counter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002121193/28A RU2235977C2 (en) 2002-08-05 2002-08-05 Gas-flow counter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002121193A RU2002121193A (en) 2004-03-20
RU2235977C2 true RU2235977C2 (en) 2004-09-10

Family

ID=33432920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002121193/28A RU2235977C2 (en) 2002-08-05 2002-08-05 Gas-flow counter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2235977C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2436049C1 (en) * 2010-05-21 2011-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Rotametre-based device for gas flow rate measurement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1682792A1 (en) * 1988-06-06 1991-10-07 Специальное Проектно-Конструкторское Бюро Автоматизированных Систем Управления Водоснабжением Территориально-Производственного Объединения "Харьковкоммунпромвод" Capacitive rotameter
US5347875A (en) * 1993-03-25 1994-09-20 Lew Hyok S Capacitor-coupled ohmic resistance position sensor
US5499544A (en) * 1993-03-25 1996-03-19 Lew; Hyok S. Capacitively coupled ohmic resistance position sensor
DE19823190A1 (en) * 1998-04-09 1999-10-14 Mannesmann Vdo Ag Level sensor with float for fuel tank

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1682792A1 (en) * 1988-06-06 1991-10-07 Специальное Проектно-Конструкторское Бюро Автоматизированных Систем Управления Водоснабжением Территориально-Производственного Объединения "Харьковкоммунпромвод" Capacitive rotameter
US5347875A (en) * 1993-03-25 1994-09-20 Lew Hyok S Capacitor-coupled ohmic resistance position sensor
US5499544A (en) * 1993-03-25 1996-03-19 Lew; Hyok S. Capacitively coupled ohmic resistance position sensor
DE19823190A1 (en) * 1998-04-09 1999-10-14 Mannesmann Vdo Ag Level sensor with float for fuel tank

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАРАТАЕВ Р.Н. и др. Расходомеры постоянного перепада давления. - М.: Машиностроение, 1980, с.14 и 15, рис.16, 17. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2436049C1 (en) * 2010-05-21 2011-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Rotametre-based device for gas flow rate measurement

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002121193A (en) 2004-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100383493C (en) Method for measuring the mass flow of a fluid flowing in a pipe
CN101929883B (en) Method for measuring flow of conductive fluid in non-full pipe by using electromagnetic flow meter
CN103776875B (en) A kind of four sector distributing triggers reorganization for two-phase flow
CN102147385B (en) Multi-phase flow measuring methods based on single-section impedance long-waist internal cone sensor
CN111397675B (en) High-precision electromagnetic flowmeter with partial full pipe
CN103760197A (en) Two-phase flow measuring system based on distributed conductivity sensor
CN104965010B (en) A kind of low temperature condenser type void fraction measuring device
CN106643924A (en) High-temperature conducting liquid flow quantity measurement device and method based on Venturi tube
RU2235977C2 (en) Gas-flow counter
CN101287967B (en) Magneto-inductive flow rate meter
RU2685798C1 (en) Radio ball primary converter of liquid flow
Lata et al. Design of a hydrostatic liquid level wireless transmitter for efficient level measurement
RU2212020C2 (en) Gas flow transducer
RU2237868C1 (en) Gas flow rate sensor
CN2535787Y (en) Capacitor-type liquid-level sensor
CN212058918U (en) High Precision Partial Tube Electromagnetic Flowmeter
JPH0464414B2 (en)
RU2217702C2 (en) Capacitive rotameter
CN214121300U (en) Unstable liquid measuring device of flow in closed pipeline
US4223557A (en) Flowmeter
RU2805029C1 (en) Constant differential pressure flowmeter of rotameter type with remote transmission of flow rate
CN108181357A (en) Vertical eddy flow split-phase capacitor integral type water-containing measuring instrument
CN2362103Y (en) Capacitance probe vortex street flow sensor
CN115704707A (en) Liquid Level Sensing Device
CN1503897A (en) Vortex Frequency - Flow Meter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040806