SU1629757A1

SU1629757A1 - Jet-pipe flow transducer

Info

Publication number: SU1629757A1
Application number: SU894671393A
Authority: SU
Inventors: Виталий Вениаминович Красильников; Игорь Давидович Поляков; Валентин Сергеевич Машинистов; Андрей Митрофанович Мирошкин; Асим Мустафаевич Касимов; Андрей Николаевич Климов; Эдуард Кириллович Щепин
Original assignee: Институт проблем управления; Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии
Priority date: 1989-02-06
Filing date: 1989-02-06
Publication date: 1991-02-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к струйным расходомерам газа и жидкости. Цель изобретени - расширение диапазона измерений и повышение надежности струйного датчика расхода Жидкость из трубопровода попадает во входную полость, проходит через струйный переключатель , где возникает периодическое колебание струи жидкости, вызывающие в окнах импульсы давлени , частота которых пропорциональна расходу. Импульсы давлени преобразуютс пьезо- керамическим диском в электрический сигнап„ За счет эластичных прокладок чувствительность преобразовател увеличиваетс , -а дроссели позвол ют ограничить перепад давлени на диске, 3 з„п0 ф-лы, 3 или е (ЛThe invention relates to a measuring technique, namely to jet flow meters for gas and liquid. The purpose of the invention is to expand the measurement range and increase the reliability of the jet flow sensor. Fluid from the pipeline enters the input cavity, passes through the jet switch, where a periodic oscillation of a liquid jet occurs, causing pressure pulses in the windows, the frequency of which is proportional to the flow rate. Pressure pulses are converted by a piezoceramic disc into an electrical signal. Due to elastic pads, the sensitivity of the transducer is increased, and the chokes make it possible to limit the pressure drop across the disc, 3 hrf, 3 or e (

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к струйным расходомерам газа и жидкости, может быть использовано дл измерени расходов в различных отрасл х промышленности .The invention relates to a measurement technique, namely to jet flow meters for gas and liquid, which can be used to measure flow rates in various sectors of the industry.

Целью изобретени вл етс расширение диапазона измерени и повышение надежности датчика расходаThe aim of the invention is to expand the measuring range and increase the reliability of the flow sensor.

На фиг 1 показан струйный датчик расхода, разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг, 1; на фиг. 3 - узел II на фиг„ 1«Fig 1 shows a jet flow sensor, a section; in fig. 2 - node I in FIG. 1; in fig. 3 - node II in Fig „1"

Струйный переключатель 1, состо щий из набора струйных бистабильных усилителей, расположен в корпусе 2, снабженном входной 3 и выходной 4 полост ми. Бароэлектрический преобразователь состоит из фланцев 5, эластичных прокладок 6 и одного или нескольких пьезокерамических дисков 7„ Кольцевые проточки, выполненные на внутренних поверхност х фланцев 55 образуют с эластичными прокладками 6 полости 8 и 9, сообщенные каналами 10 и 11 с выходными окнами 12 и 13 струйного переключател 1„ Каналы 10 и 11 снабжены ограничител ми величины импульсов давлени в виде дросселей 14 и 15, расположенных в коллекторе 16 со стороны выходных окон 12 и 13.The jet switch 1, consisting of a set of jet bistable amplifiers, is located in a housing 2 equipped with an input 3 and an output 4 cavities. The baroelectric transducer consists of flanges 5, elastic pads 6 and one or several piezoceramic discs 7 "Ring grooves made on the inner surfaces of the flanges 55 form cavities 8 and 9 with elastic pads 6 and communicated with channels 10 and 11 with outlet windows 12 and 13 of the jet switch 1: Channels 10 and 11 are provided with pressure pulse limiters in the form of chokes 14 and 15 located in the manifold 16 on the side of the output windows 12 and 13.

Струйный переключатель 1 выполнен в одном блоке с бароэлектрическим преобразователем и закреплен в корпусе 2 с помощью упругих элементов 17„ В корпусе 2 размещен электронный блок 18 предварительного усилител выходОЭThe jet switch 1 is made in one unit with a baroelectric transducer and is fixed in case 2 by means of elastic elements 17 "In case 2 there is an electronic unit 18 of preamplifier OO

toto

Ј 1 СП JЈ 1 SP J

ноги электрического сигнала, св занный с проводником 19 с регистрирующим или показывающим приборами.electrical signal legs associated with conductor 19 with recording or indicating devices.

Между диском 7 и эластичными прокладками 6 могут быть расположены дополнительные прокладки 20 из материал с низкими адгезионными свойствами„ Дроссели 14 и 15 могут быть снабжены коническим участком Zt со стороны ба- роэлектрического преобразовател .Between the disk 7 and the elastic gaskets 6, additional gaskets 20 may be located of a material with low adhesive properties “Throttles 14 and 15 may be provided with a conical section Zt on the side of the baryelectric converter.

Струйный датчик расхода работает следующим образом.Inkjet flow sensor works as follows.

Датчик устанавливаетс в трубопровод последовательно или в байпасную линию При прохождении измер емой среды на датчике создаетс перепад давлений, формирующий силовые струи бистабильных усилителей, или в случае байпасного подключени перепад давле- ний создаетс дополнительным сужающим устройством, установленным в основной магистрали трубопровода„The sensor is installed in the pipeline in series or in the bypass line. When passing the measured medium, a differential pressure is created on the sensor, forming power jets of bistable amplifiers, or in the case of a bypass connection, the differential pressure is created by an additional restricting device installed in the main pipeline

Из трубопровода текуча среда попадает во входную полость 3, проходит через струйный переключатель 1, затем через коллектор 16 - в выходную полость 4„ В струйном переключателе f при наличии перепада давлений происходит периодическое переключение направлени течени формирующейс силовой струи за счет отрицательных обратных св зей, при этом поочередно в выходных окнах 12 и 13 возникают импульсы давлени „ Частота этих импульсов пропорциональна расходу изме р емой среды., Таким образом, по частоте пульсаций давлени в струйном переключателе 1 можно судить о расходе протекающей через датчик среды.From the pipeline, the fluid enters the input cavity 3, passes through the jet switch 1, then through the collector 16 into the output cavity 4 "In the jet switch f, if there is a pressure differential, the flow direction of the forming power jet is periodically switched due to negative feedbacks, This alternately produces pressure pulses in the output windows 12 and 13. The frequency of these pulses is proportional to the flow rate of the measured medium. Thus, in terms of the frequency of the pressure pulsations in the jet switch At 1, you can judge the flow rate of the medium flowing through the sensor.

Импульсы давлени , возникающие в выходных окнах 12 и 13 струйного переключател , по каналам 10 и 11 передаютс соответственно в полости 8 и 9 бароэлектрического преобразовател и воздействуют на пьезокера- мический диск 7, в результате чего на обкладках диска возникают электри- ческие зар ды, которые затем усиливаютс , нормализуютс в электронном блоке 18 и по проводнику 19 поступают на вторичный прибор.The pressure pulses generated in the output ports 12 and 13 of the jet switch are transmitted through channels 10 and 11, respectively, in cavities 8 and 9 of the baroelectric transducer and act on the piezoceramic disk 7, as a result of which electric charges are generated on the disk plates. they are then amplified, normalized in the electronic unit 18, and passed through conductor 19 to the secondary device.

Выполнение бароэлектрического преобразовател в виде пьезокерамичес- кого диска 7, обжатого между двум резиновыми прокладками 6, позвол ет обеспечить его максимально возможную чувстительность, обусловленную геометрией , и при этом предохранитьThe implementation of the baroelectric transducer in the form of a piezoceramic disk 7, pressed between two rubber gaskets 6, allows to ensure its maximum possible sensitivity due to geometry, while protecting

эuh

JQ Jq

55 2Q 55 2Q

25 Q 25 Q

3535

4040

5050

пьезокерамический диск от повреждени при взаимодействии его с фланцами 5 под действием импульса давлени . В отличие от жесткой з аделки здесь давление действует на всю площадь пьезокерамического диска, а из работы не исключаетс поверхность, упруго зажата между фланцами 5„ При этом прогиб пьезокерамического диска происходит по всей поверхности, отсутствует лини перегиба в месте заделки , что повышает надежность устройства о Расположенные с обеих сторон пьезокерамического диска 7 эластичные прокладки 6 предохран ют его от непосредственного контакта с измер емой средой, практически не снижа чувствительность за счет того, что деформаци диска носит изгибный характер , а изгибна упругость резиновых прокладок 6 невелика.a piezoceramic disc from damage when interacting with the flanges 5 under the action of a pressure pulse. Unlike the hard end of the fiddle, the pressure here affects the entire area of the piezoceramic disk, and the surface is not excluded from the work, it is elastically clamped between the flanges 5 "At the same time, the pyezoceramic disk bends over the entire surface, there is no bend line at Elastic pads 6 located on both sides of the piezoceramic disk 7 protect it from direct contact with the medium being measured, almost without reducing the sensitivity due to the fact that disc is bending character, and flexural elasticity of the rubber gaskets 6 small.

Электрический зар д, возникающий на поверхности пьезокерамического диска 7, тем больше, чем больше воздействующее давление, которое может измен тьс в диапазоне 2-1000 мм вод. ст., т0е. в 500 раз. Такой диапазон изменени величины сигнала давлени затрудн ет приведение электрического сигнала к стандартной величине , ограничивает диапазон измер емых расходов и усложн ет электронную схему. Величина амплитуды импульсов давлени не вл етс необходимым параметром дл измерени объемного расхода. Увеличение амплитуды импульсов выше величины, необходимой дл их регистрации, снижает эффективность работы датчика расхода, создает избыточные напр жени на пьезокера- мическом диске, ухудшающие его надежность и долговечностьо Дл ограничени амплитуды сигналов давлени , по- ступаюг х по каналам 10 и 11 в полости 8 и О (при измерении расхода газа)s датчик расхода снабжен дроссел ми 14 и 15, расположенными в коллекторе 16. дроссели совместно с каналами 10 и 11 и полост ми 8 и 9 выполн ют роль фильтров низких частот, т.е. импульсы генерируемые при небольшом перепаде давлений, имеющие небольшую амплитудуs ггооход т к бароэлектрическому преобразователю без изменени , а при увеличении перепада давлений, начина с некоторой его величины, амплитуда импульсов давлени ограничиваетс , а на бароэлектрический преобразовательThe electric charge arising on the surface of the piezoceramic disk 7 is, the greater, the greater the influence of pressure, which can vary in the range of 2-1000 mm of water. Art., t0e. 500 times. Such a range of change in the magnitude of the pressure signal makes it difficult to bring the electrical signal to a standard value, limits the range of measured flow rates, and complicates the electronic circuit. The magnitude of the amplitude of the pressure pulses is not a necessary parameter for measuring the volume flow. An increase in the amplitude of the pulses above the value required for their registration reduces the efficiency of the flow sensor, creates excessive voltages on the piezoceramic disk, worsening its reliability and durability. To limit the amplitude of the pressure signals transmitted through channels 10 and 11 in cavity 8 and O (when measuring gas flow) s the flow sensor is equipped with throttles 14 and 15 located in the manifold 16. The throttles together with channels 10 and 11 and cavities 8 and 9 act as low-pass filters, i.e. impulses generated at a small pressure drop, having a small amplitude, flow to the baroelectric transducer without change, and with increasing pressure differential, starting from a certain value, the amplitude of the pressure impulses is limited, and

поступают ограниченные по величине сигналы давлени „ При этом дроссели 1& и 15 могут быть выполнены так, чтобы сопротивление пр мому потоку (к бароэлектрическсму преобразователю ) было больше, чем обратному, например , за счет выполнени в калибрванном отверстии дроссел коническог участка 21 со стороны преобразовател , а со стороны струйного переключател - плоского торца, перпендикул рно оси дроссел Такое решение обеспечивает максимальное сопоставление нарастанию давлени в каналах 10 и 11, а минимальное - вытеканию среды из каналов 10 и 11 и полостей 8 и 9о Этим ограничиваетс величина зар да на поверхности пьезокерамичес кого диска. Электронный блок настраиваетс ка максимальную увстви ель- ность.Pressure signals are limited in size. At the same time, chokes 1 & and 15 can be made so that the resistance of the forward flow (to the baroelectric transducer) is greater than the reverse, for example, by making a conical section 21 on the transducer side in the calibrated throttle hole and on the jet switch side - flat end, perpendicular Drossel axis. This solution provides the maximum comparison of pressure build-up in channels 10 and 11, and the minimum - to leakage of medium from channels 10 and 11 and cavities 8 and 9o. This limits the amount of charge on the piez keramiches one disc. The electronic unit is configured for maximum power.

В области ни-экого перепада давлений (до 30мм вод,, ci ) воздействи на пьезокерамический диск иг-пульсов давлени соизмеримо с воздействием на него внешних вибраций. В св зи с этим по вл етс необходимость преду- смотрени зашиты от вибрации„ Выполнение струйного переключател в одно блоке с бароэлек рическим преобразовтелем и упругое его закрепление в корпусе 2 посредством упругих элементов 17 позвол ют уменьшить длину каналов 10 и 11, а также понизить вли ние внешней вибрации в диапазоне частот промышленного оборудовани (насосы, электродвигатели и т„п„).In the area of non-ecological pressure drop (up to 30 mm of water, ci), the effect of pressure pulses on pressure on the piezoceramic disk is commensurate with the influence of external vibrations on it. In this connection, it is necessary to provide protection against vibration. Performing the jet switch in one unit with a baro-electric converter and its elastic fixing in housing 2 by means of elastic elements 17 will reduce the length of channels 10 and 11, as well as reduce the influence of External vibration in the frequency range of industrial equipment (pumps, electric motors, and so on).

С целью предотвращени склеивани между собой эластичных прокладок 6 и пьезокерамического диска 7, которое происходит при работе датчика, между ними могут быть установлены дополнительные прокладки 20 из материала с низкими адгезионными свойствами , например фторопластовом ленты толщиной 0,1-0,2 мМо Не оказыва вли ни на работоспособность датчика , прокладки позвол ют упростить его разборку и исключить поломку хрупкого пьезокерамического диска,In order to prevent the elastic pads 6 and the piezoceramic disc 7 from sticking together, which occurs when the sensor is in operation, additional gaskets 20 made of a material with low adhesive properties, such as a fluoroplastic tape 0.1-0.2 mMo thick, can be installed between them. neither does the sensor work, the gaskets make it easier to disassemble and eliminate the breakage of the fragile piezo-ceramic disc,

Таким образом, изобретение обеспечивает работу в большем диапазонеThus, the invention provides operation in a wider range.

5five

расходов при одновременном повышении надежности -самого датчика сcosts while improving the reliability of the sensor itself with

Claims

1. An inkjet flow sensor, comprising a housing, an inkjet switch with inlet and outlet cavities, the output windows of which are connected by channels with a baroelectric transducer, characterized in that, in order to expand the measuring range and increase reliability, the sensor is provided with pressure pulse amplitude limiters, and The baroelectric pressure signal converter consists of a piezokeracic disk, elastic gaskets and 0 flanges with annular grooves made on the inner ends of the flanges, while the The amic disk is located between the plastic gaskets and the flanges, and the surfaces of the elastic gaskets on the flange side form the surfaces of the annular recesses of the cavity, communicated with the outlet windows of the jet switch channels, and the pressure pulse limiters are in the form of throttles located in the said channels on the output window side jet switch.

2 “Sensor according to claim 1, clause 1 and 2 with the fact that the jet switch and the output signal converter are made in one block, elastically fixed in the housing.

3. The sensor PP. 1 and 2, characterized in that the sensitive element of the output transducer is provided with additional spacers of a material with low adhesive properties, such as a fluoroplastic, located between the piezoelectric disk and elastic spacers,

4. Sensor according to Claims 1-3, characterized in that the chokes on the side of the steam-electric converter are made with a conical section, and on the reverse side - a flat end perpendicular to the axis of throttles

0

five

0

five

Fm.z