ДАТЧИК РАСХОДА С ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМОЙ КОЛЕБАНИЙ ПРОТОЧНОГО ТИПА
FLOW RATE TRANSDUCER WITH FLOW-TYPE CLOSED OSCILLATORY SYSTEM

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения расхода жидкой или газообразной среды. А именно изобретение может быть использовано в нефтехимической, пищевой, химической промышленности, тепловой и атомной энергетике, коммунальном хозяйстве и других производствах, где необходимо измерять расход различных жидких и газообразных сред. В частности, изобретение предназначено для определения расхода теплоносителя в топливных каналах (ТК) реактора большой мощности канального (РБМК).
Из а.с. СССР №920384 (МПК G01F 1/86, опубл. 15.04.1982) известен датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа, являющийся наиболее близким аналогом изобретения и принятый за прототип. Известный датчик расхода состоит из вибратора, расположенного внутри корпуса с входным и выходным отверстиями, электромагнитных датчиков возбуждения и съема колебаний, расположенных на вибраторе, и усилителя, образующих автоколебательный контур, а также из преобразователя и регистратора. Недостатками являются недостаточная надежность и точность работы, невозможность расположения конструкции датчика расхода в уже имеющемся корпусе.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа для определения расхода жидкой или газообразной среды содержит вибратор, расположенный внутри корпуса с входным и выходным отверстиями, электромагнитные датчики возбуждения и съема колебаний, расположенные на вибраторе, и усилитель, образующие автоколебательный контур, а также преобразователь и регистратор. Вибратор образует замкнутую механическую колебательную систему камертонного типа и выполнен из двух соосных труб разного диаметра, соединенных верхними основаниями друг с другом и нижними основаниями друг с другом посредством верхних и нижних фигурных втулок соответственно. Нижние фигурные втулки прикреплены к корпусу через сильфонный блок. Во внешнюю трубу вибратора вкручены электромагнитные датчики возбуждения и съема колебаний, равноудаленные от верхнего и нижнего оснований внешней трубы вибратора. Усилитель, соединенный входом с электромагнитным датчиком съема колебаний, а выходом с электромагнитным датчиком возбуждения колебаний через электронный ключ, подключен выходом к преобразователю, выход которого подключен к регистратору, отображающему величину расхода контролируемой среды (жидкой или газообразной).
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы, повышение точности измерения, увеличение срока эксплуатации за счет отсутствия подвижных частей вибратора, высокая температура эксплуатации, стойкость к ионизирующему излучению, возможность расположения датчика расхода в уже принятом в эксплуатацию корпусе, возможность использования при измерении расхода на трубопроводах большого диаметра.
На фиг.1 изображен датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа, на фиг.2 - автоколебательный контур датчика расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа. Конструктивные элементы датчика расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа обозначены на фиг.1 и 2 следующими позициями: 1 - входное отверстие; 2 - выходное отверстие; 3 - корпус; 4 - вибратор; 5 - электромагнитный датчик съема колебаний; 6 - электромагнитный датчик возбуждения колебаний; 7 - внутреннее фланцевое соединение; 8 - внешнее фланцевое соединение; 9 - сильфонный блок; 10 - усилитель; 11 - электронный ключ; 12 - преобразователь; 13 - регистратор.
Датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа состоит из корпуса 3, выполненного в виде вертикального цилиндра (см. фиг.1). К верхнему основанию корпуса 3, содержащему входное отверстие 1 для поступления контролируемой среды, прикреплено внешнее фланцевое соединение 8. К нижнему основанию корпуса 3, содержащему выходное отверстие 2, прикреплено внутреннее фланцевое соединение 7. Внутри корпуса 3 закреплен вибратор 4, выполненный в виде двух соосных труб одинаковой высоты и разного диаметра (внешней и внутренней), внешняя и внутренняя трубы расположены с зазором друг относительно друга. Верхние основания внешней и внутренней труб вибратора 4, также как и нижние основания внешней и внутренней труб вибратора 4 соединены друг с другом фигурными втулками (соответственно верхними и нижними), образуя в сечении замкнутый цилиндрический камертон - замкнутую механическую колебательную систему камертонного типа. Нижние фигурные втулки прикреплены к нижнему основанию корпуса 3 через сильфонный блок 9. Во внешнюю трубу вибратора 4 вкручены электромагнитный датчик съема колебаний 5 и электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6, равноудаленные от верхнего и нижнего оснований внешней трубы вибратора 4. Электромагнитный датчик съема колебаний 5 подсоединен к входу усилителя 10 (см. фиг.2), выход которого через электронный ключ 11 подсоединен к электромагнитному датчику возбуждения колебаний 6. Усилитель 10 подключен к преобразователю 12, который, в свою очередь, подключен к регистратору 13. Регистратор 13 отображает выходной сигнал, характеризующий величину расхода измеряемой среды.
Датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа работает следующим образом.
Поток контролируемой среды (жидкой или газообразной) поступает в датчик расхода через входное отверстие 1 и выводится через выходное отверстие 2 корпуса 3. Внутри корпуса 3 расположен вибратор 4 в виде двух соосных труб одинаковой высоты и разного диаметра (внешней и внутренней). Верхние основания внешней и внутренней труб вибратора 4, также как и нижние основания внешней и внутренней труб вибратора 4 соединены друг с другом фигурными втулками (соответственно верхними и нижними), образуя в сечении замкнутый цилиндрический камертон. Во внешнюю трубу вибратора 4 вкручены электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6 и электромагнитный датчик съема колебаний 5, равноудаленные от верхнего и нижнего оснований внешней трубы вибратора 4. Вибратор 4, электромагнитный датчик съема колебаний 5, электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6 и усилитель 10 через электронный ключ 11 собраны в автоколебательный контур. При данном включении контур возбуждается на резонансной частоте. Резонансная частота определена конструкцией вибратора. При возникновении колебаний в колебательном контуре в вибраторе 4 возникают продольные колебания. Преобразователь 12 предназначен для управления электронным ключом 11 и измерения времени затухания колебаний. При возникновении колебаний в колебательном контуре преобразователь 12 выдает команду на коммутацию электронного ключа 11, который отсоединяет электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6 от выхода усилителя 10, при этом электромагнитный датчик съема колебаний 5 остается присоединенным к входу усилителя 10, с выхода которого сигнал также поступает на вход преобразователя 12. При этом преобразователь 12 считает время затухания колебаний со времени выдачи сигнала на электронный ключ управления 11 и до установленной на корпораторе преобразователя 12 уставки затухания колебаний. Изменение времени затухания колебаний прямо пропорционально расходу контролируемой среды. Далее преобразователь 12 преобразует полученные сигналы в сигнал, характеризующий расход контролируемой среды, и передает его на регистратор 13, отображающий величину расхода контролируемой среды. Данный процесс возобновляется после измерения времени затухания.
Таким образом, использование изобретения позволяет повысить надежность работы, повысить точность измерения, увеличить срок эксплуатации (до срока не менее 30 лет), обеспечивает возможность расположения датчика расхода в уже принятом в эксплуатацию корпусе, измерения расхода на трубопроводах большого диаметра, эксплуатации датчика расхода при высокой температуре (до 300 градусов), стойкость к ионизирующему излучению.
Устройство готовится к использованию на АЭС РБМК для измерения расхода теплоносителя в технологических каналах.