УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к электроизмерениям и может быть использована для измерения скорости прозрачной жидкости и ее флуктуаций.
Известно устройство для измерения скорости электропроводной жидкости [Способ измерения расхода электропроводной жидкости. Патент RU №2474790, МПК G01F 1/58, 2013], содержащее два электрода, подключенные к измерительному блоку, представляющему собой измеритель электрического сопротивления. При этом один электрод закреплен неподвижно, а другой - через упругий элемент с обеспечением возможности перемещения этого электрода под действием потока жидкости относительно неподвижно закрепленного. Изменение скорости жидкости вызывает изменение электрического сопротивления между электродами, которое регистрирует измерительный блок. По его величине определяют скорость жидкости. Недостатком известного устройства является его низкая чувствительность. Сопротивление между электродами изменяется в небольших пределах, поскольку в первую очередь оно определяется размерами электродов и объемом жидкости, в котором протекает ток, а уже во вторую очередь на него оказывает влияние взаимное расположение электродов.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для измерения скорости жидкости, содержащее погруженную в поток жидкости лопасть, установленную с возможностью поворота на оси с возвратной пружиной. На лопасть действует гидродинамическая сила потока, которая уравновешивается силой возвратной пружины. Положение равновесия лопасти зависит от скорости потока жидкости и преобразуется в электрический сигнал с помощью потенциометра, ось которого скреплена с осью вращения лопасти. [Аш Ж. с соавторами. Датчики измерительных систем: в 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с франц. - М.: Мир, 1992. - 424 с.]. Электрический сигнал с потенциометра поступает на измерительный блок, в качестве которого в простейшем случае может быть использован вольтметр. Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие, следствием которого является низкая точность при измерении флуктуаций скорости, а также низкая надежность и сложность осуществления.
Техническая задача, решаемая в заявленной полезной модели, заключается в повышении быстродействия и точности измерения флуктуаций скорости, а также упрощении и повышении надежности устройства.
Поставленная техническая задача решается тем, что в устройство для измерения скорости жидкости, содержащее лопасть, установленную на пружине на стенке трубопровода с возможностью упругого перемещения под воздействием потока жидкости и измерительный блок, введены источник света и фотоприемник, расположенные друг против друга так, что лопасть частично перекрывает световой поток от источника света к фотоприемнику, при этом лопасть выполнена непрозрачной, а измерительный блок подключен к выходу фотоприемника.
На фиг. 1 показано устройство для измерения скорости жидкости. Оно содержит лопасть 1, установленную на пружине 2, источник 3 света, фотоприемник 4, измерительный блок 5, включающий усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7 и компьютер 8, а также источник 9 питания. Конец пружины 2 закреплен на стенке трубопровода 10.
Устройство работает следующим образом. Источник 3 света, в качестве которого может служить светоизлучающий диод, питающийся от источника 9, формирует слабо расходящийся пучок света. На оси этого пучка установлен фотоприемник 4, в качестве которого может быть использован фотодиод. Между источником 3 света и фотоприемником 4 расположена непрозрачная лопасть 1, которая перекрывает часть светового пучка. В конструкции изображенного на фиг. 1 устройства плоскость лопасти 1 параллельна вектору скорости жидкости, однако лопасть 1 имеет отогнутый край, перпендикулярный вектору скорости жидкости. Этот край лопасти переходит в плоскую пружину 2, конец которой закреплен на стенке трубопровода 10. При движении жидкости поток набегает на отогнутый край лопасти 1 и пружину и действует на них с силой, зависящей от скорости потока. Пружина 2 изгибается до тех пор, пока момент силы от воздействия потока жидкости не уравновешивается моментом изогнутой пружины 2. Лопасть отклоняется от исходного положения, в результате чего световой поток, падающий на фотоприемник, изменяет свою величину. На выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, зависящий от скорости жидкости, который поступает на измерительный блок 5, включающий в себя усилитель 6, АЦП 7 и компьютер 8. Флуктуации скорости жидкости вызывают модуляцию светового потока, падающего на фотоприемник, и соответствующие им флуктуации электрического сигнала на выходе фотоприемника. Усилитель 6 усиливает их до уровня, необходимого для нормальной работы аналого-цифрового преобразователя 7. Данные с выхода АЦП 7 поступают на компьютер 8, осуществляющий преобразование электрического сигнала в информацию о скорости жидкости и ее флуктуациях.
Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в увеличении быстродействия и точности измерения флуктуаций скорости, а также упрощении устройства. Это достигнуто за счет того, что лопасть имеет минимальную массу, а фотоприемник, регистрирующий ее перемещение под действием потока жидкости, не имеет механической связи с лопастью. Источник 3 света и фотоприемник 4 в практической конструкции устройства могут располагаться вне жидкости за прозрачными стенками трубопровода или за прозрачными окнами в стенках трубопровода, что повышает надежность работы устройства.
Экспериментальная проверка показала, что при скорости потока жидкости порядка 1 м/с и пульсации скорости около 1% устройство обеспечивает измерение пульсации скорости в полосе частот до 100 Гц с превышением полезного сигнала над шумом не менее 30 дБ по амплитуде.