СТРУЙНЫЙ ДАТЧИК РАСХОДА

Полезная модель относится к технике измерения расхода, в частности, к устройствам, обеспечивающим измерение расхода газов или жидкостей.
Известен струйный расходомер, состоящий из струйного генератора колебаний, содержащего входное сопло, рабочую камеру, установленный напротив сопла разделитель, два сливных канала, расположенных по разные стороны рабочей камеры, а также два канала обратной связи, каждый из которых включает входную часть, расположенную в зоне разделителя, и выходную часть в виде сопла управления, и преобразователь давления в электрический сигнал (см. а.с. СССР №1081421, МПК G01F 1/20).
Недостатком известного устройства является узкий диапазон измерения.
Наиболее близким техническим решением является струйный датчик расхода, выполненный в виде струйного генератора колебаний с одним или несколькими дискретными элементами, содержащими сопло питания, проходное сечение которого выполнено прямоугольной формы и ориентировано перпендикулярно направлению потока текучей среды, два сопла управления, расположенных симметрично соплу питания, рабочую камеру, разделитель с дефлектором, два сливных канала, расположенных по разные стороны рабочей камеры, два приемных канала, два канала обратной связи, соединяющих приемные каналы с соплами управления, преобразователь давления в электрический сигнал, подключенный к двум каналам обратной связи (патент RU 42306 U1, МПК G01F 1/00).
Недостатком известного устройства является также узкий диапазон измерения.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение диапазона измерения расхода газа или жидкости при сохранении точности измерения.
Поставленная задача решается тем, что в струйном датчике расхода, выполненном в виде струйного генератора колебаний с одним или несколькими струйными дискретными элементами, последовательно соединенных между собой и выполненных на пластинах и содержащими сопло питания, проходное сечение которого выполнено прямоугольной формы и ориентировано перпендикулярно направлению потока текучей среды, два сопла управления, расположенных симметрично соплу питания, рабочую камеру, разделитель с дефлектором, два сливных канала, расположенных по разные стороны рабочей камеры, два приемных канала, два канала обратной связи, соединяющих приемные каналы с соплами управления, канал сброса, преобразователь давления в электрический сигнал, подключенный к двум каналам обратной связи, согласно полезной модели датчик дополнительно снабжен как минимум одним байпасным каналом, расположенным на пластине со струйным дискретным элементом или на отдельной пластине или пластинах, при этом соотношение размеров длины и площади сечения байпасного канала соответствует выражению:
L/S≥4,
где L - длина байпасного канала, мм;
2
S - площадь сечения байпасного канала, мм;
а соотношение размеров ширины и глубины сопла питания соответствует выражению:
n
0,5<h/b<4,0,
а соотношение размеров ширины сопла питания к длине рабочей камеры
э
n
3<l/b<20,
n
где b - ширина сопла питания, мм;
h - глубина сопла питания, мм;
э
l - длина рабочей камеры, мм.
На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого струйного датчика расхода.
Струйный датчик расхода выполнен в виде струйного генератора колебаний со струйным дискретным элементом 1, включающим сопло питания 2, рабочую камеру 3 с наклонными стенками 4 и 5, разделитель с дефлектором 6, сопла управления 7 и 8, приемные каналы 9 и 10, сливные каналы 11 и 12 и канал сброса 13. Сопла управления 7 и 8 соединены каналами обратной связи 14 и 15 с приемными каналами 9 и 10, а также байпасный канал 16 и преобразователь давления в электрический сигнал 17, подсоединенный к двум каналам обратной связи 14 и 15.
Струйный генератор колебаний может включать в себя несколько струйных дискретных элементов 1, выполненных на пластинах и последовательно соединенных между собой путем соединения каналов обратной связи 14 и 15 одного струйного дискретного элемента с соплами управления 7 и 8 последующего струйного дискретного элемента и так далее, при этом с последнего струйного дискретного элемента каналы обратной связи 14 и 15 соединены с соплами управления 7 и 8 первого струйного дискретного элемента 1, что приводит к выравниванию характеристики датчика расхода (зависимость частоты, вырабатываемой датчиком расхода, от расхода газа или жидкости).
Байпасный канал 16 может быть расположен как на пластине со струйным дискретным элементом, так и на отдельной пластине или пластинах.
Байпасный канал 16 обеспечивает разделение потока газа (или жидкости), проходящего через струйный датчик расхода, в результате чего одна часть потока газа (или жидкости) проходит через струйный дискретный элемент 1, а остальная часть потока проходит через байпасный канал 16, в результате чего уменьшается потеря давления в струйном датчике расхода, так как сопротивление движению потока газа (или жидкости) значительно меньше в байпасном канале, чем в дискретном элементе 1, и как следствие, происходит расширение диапазона измерения до 80:1.
n
э
n
э
n
При помощи оптимизации соотношений размеров сопла питания (ширина b и глубина h), рабочей камеры (длина l) и байпасного канала (длина L и площадь сечения S), представленных зависимостями 0,5<h/b<4,0, 3<l/b<20 и L/S≥4 достигается расширение диапазона измерения расхода газа или жидкости при сохранении точности измерения.
n
С уменьшением относительной глубины h/b уменьшается эжектирующая способность струи и, следовательно, уменьшается затухание скорости по длине струи, то есть увеличивается частота колебаний при прочих неизменных размерах струйного дискретного элемента.
э
n
С увеличением относительной длины камеры l/b увеличивается затухание скорости по длине струи относительно скорости истечения, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний и следовательно к уменьшению диапазона измерения при прочих неизменных размерах струйного дискретного элемента.
В заявляемой полезной модели соотношение размеров байпасного канала удовлетворяет выражению:
L/S≥4;
где L - длина байпасного канала, мм;
2
S - площадь сечения байпасного канала, мм.
Уменьшение значения L/S менее 4 приводит к уменьшению диапазона измерения.
В заявляемом устройстве соотношения размеров ширины и глубины входного сопла питания, длины рабочей камеры удовлетворяют выражениям:
n
0,5<h/b<4,0;
э
n
3<l/b<20.
Благодаря выбранным соотношениям размеров струйный датчик расхода обладает широким диапазоном измерения (80:1) и низким порогом чувствительности, что позволяет измерять малые расходы газа.
Заявляемый струйный датчик расхода работает следующим образом.
Измеряемая среда, попадая в струйный датчик расхода, разветвляется на два (при наличии одного байпасного канала) или более направлений (при наличии двух и более байпасных каналов) больше одного: одна часть потока поступает в струйный дискретный элемент 1, остальная часть через байпасный(е) канал(ы) 16 поступает на выход через канал сброса 13. В струйном генераторе через сопло питания 2 измеряемая среда в виде струи истекает в рабочую камеру 3. Под воздействием перепада давления, возникающего в результате эффекта Коанда и эффекта внутренней обратной связи, струя примыкает к одной из наклонных стенок, например 4, течет вдоль нее и попадает в приемный канал 9 при этом разделитель с дефлектором 6 препятствует попаданию струи в приемный канал 10.
Давление в приемном канале 9 увеличивается по сравнению с давлением в приемном канале 10. В результате возникает волна повышенного давления, которая, распространяясь со скоростью звука по каналу обратной связи 14, достигает сопла управления 7 и вызывает переброс струи к стенке 5, течет вдоль нее и попадает в приемный канал 10 при этом разделитель с дефлектором 6 препятствует попаданию струи в приемный канал 9. Спустя время, равное времени срабатывания струйного генератора колебаний 1, струя достигает приемного канала 10 и возникает волна повышенного давления, которая, распространяясь со скоростью звука по каналу обратной связи 15, достигает сопла управления 8 и вызывает переброс струи в направлении наклонной стенки 4. При этом часть расхода, не попавшая в приемные каналы 9 и 10 через сливные каналы 11 и 12, поступает в канал сброса 13.
В результате устанавливаются устойчивые колебания струи с частотой пропорциональной объемному расходу газа или жидкости. Колебания через каналы обратной связи 14 и 15 поступают в преобразователь давления в электрический сигнал 17, электрический сигнал с которого пригоден для дальнейшей обработки электронным блоком.
Количество измеряемой среды (газа или жидкости), проходящего через байпасный канал, учитывается при калибровке струйного датчика расхода.