СТРУЙНЫЙ ДАТЧИК РАСХОДА

Струйный датчик расхода.
Изобретение относится к технике измерения расхода, в частности к средствам измерения расхода газов или жидкостей. «
Известны частотные датчики расхода, частота выходного сигнала которых пропорциональна расходу проходящей через датчик среды (см., например. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л.,. Шшиностроение, 1975, с. ).
Недостатком таких датчиюэв является низкая надежность работы, обусловленная либо наличием подвижных частей, либо низкой помехоустойчивостью, либо высоким уровнем собственных шумов.
Известен так же струйный частотный датчик расхода, содержащий струйные переключатели и выходной преобразователь , подключенный к выходным окнам переключателей (см., Hanpmiep, Авторское свидетельство СССР, N 857714, кл. G 01 F 1/48, 1977г.).
Недостатком такого струйного частотного датчика является малое быстродействие, объясняемое тем,  ч о- ёрйЬд лебаний в нем складывается из длительности последовательного переключения трех переключателей.
Известен так же струйный частотный расходомер, содержащий струйный дискретный элемент, выходы которого соединены каналами обратной связи с соплами управления, и пневмоэлектропреобразователь (см., например. Современные методы и приборы автократического
ч
4 контроля и регулирования технологриеских процессов, М, 1984, с.152-156). Недостатком такого расходомера является существенная нелинейность характеристики, ограничивающая диапазон измерения расхода, что обусловлено задержкой сигнала в каналах обратной связи, независящей от расхода проходящей через датчик среды и искажающей его ха|)актеристику при больших расходах. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является Струйный частотный датчик расхода, содержащий струйные переключатели и выходной преобразователь, подключенный к выходньш окнам переключателей, причем пластины с переключателями расположены одна над другой в п аллельных плоскостях, одни приемные окна крайних переключателей связаны со входами выходного преобразователя, вторые - с управляющими соплаш среднего переключателя, а их управлящие сопла соединены с инверсными приемными окнами среднего переключателя (см., например. Авторское свидетельство СССР, N1322768, кн. G 01 F 1/00, 1984г.). Недостатком известного струйного частотного датчика расхода является недостаточно широкий рабочий диапазон, существенная нелинейность характеристики, а так же сравнительно сложная конструкция, требуюпря для реализации повышенных габаритов vИ веса. Это объясняется тем, что известный датчик содержит три струйных переключателя с тремя соплами питания, вследствие чего через один отдельно взятый струйный переключатель проходит по крайней мере 1/3 часть измеряемого расхода. Эта величина относительного расхода, проходящего через сопло питания первого переключателя, может быть равна; чгде Qdst - расход через датчик;
СШ1 - расход через сопло питания первого перекшчателя; h - толщина пластин 1-го и 2-го переключателей 1,4т«:и TOjiipHa iJuiauTJrijtm 3-го перекж)чателя; Ьп - ширина сопл питания перекшочателей. Величина Qnl/Qdat обратно пропорциональна суммарной толцине плас , . . ,,
тин модулей струйного блока, так что чисшо Рейнольдоа Re, характеризующее режим течения в сопле первого переключателя и определяющее нижний предел его работоспособности, достаточно быстро достигнет своего нижнего предела Re mini
Re min - bn Vmin/nu - Qpiin/()  (l/3.4)Qdatmin/() где Vmin, Qfnin - минимальные скорость и расход в сопле, ниже которьк переключатель становится неработоспособным; пи - кинематическая вязкость рабочей среды.
Дополнительно следует отметить, что наличие трех пластин-с переключателями и двух промежуточных (изолирующиз) пластин усложняет конструкцию датчика, увеличивает его габариты и вес.
Задачей изобретения является создание струйного датчика расхода имеющего большой диапазон измерения расходов, малую степень нелинейности характеристик, простую конструкцию и малые вес и габЩ)ИТЫ.,
Решение поставленой задачи достигается за счет того, что в струйном датчике расхода, содержащем два струйных переключателя, выполненые в платах, и выходной преобразователь сигнала, подключенный к выходным отверстиям первого переключателя, сопла питания переключателей соединены с входньш отверстием датчика, а дренажные полости - с выходным, профили переключателей выполнены таким обра( . гом,, что их переходные характерист| ки являются вгаимоинверснши 5 а выходные каналы одного переключателя соединены с управляющими каналалш другого по типу отрицательной обратной связи. На фиг. 1 представлена раскладка струйного блока. На фиг.г представлена схема струйного датчика расхода. На фиг.З представлены профили переключателей и их переходные характеристики. Датчик расхода состоит из плат 1-5,в которых выполнены переключатели 6,7 и коммуникационные отверстия. Струйные переключатели 6 и 7 имеют взаимноинверсные переходные характеристики (см. фиг. 3) и могут быть построены, например, на элементах с внутренними обратными связями, например, как переключатель с обратной характеристикой переключения или как переключатель с прямой х актеристикой переключения, инверсной второму переключателю. В плате 1 выполнены входные отверстия 8а и 86, обеспечивающие питание переключателей 6 и 7. Эти отверстия объединены в корпусе датчика (на рисунке не показан) и соединены с источником среды, расход Xкоторой замеряется, и так же выполнены выходные .отверстия 9,10. . , В плате 2 выполнен профиль первого переключателя 6 с соплом питания 11 и отверстие 12 подачи среды ко второму переключателю 7. В плате 3 выполнены коммуникационные отверстия 13-19; -для подачи среды ко второму переключателю - отверстие 13, -для отвода дренажа от переключателя 6 - отверстия 14,15, -для соединения управляющих каналов переключателя б с выходными каналами, переключателя 7 по типу отрицательной обратной связи отверстия 16,17,
для ссбдиненр1я выходных каналог переключателя б с управляющими каналами переключателя 7 - отверстия 18 и 19.
, В плате 4 выполнен профиль второго переключателя 7 о соплом питания 20, имеющего переходную характеристику, инверсную по отношению к переходной хщ)актеристике переключателя 6, и отверстия 20, 22 для отвода дренажа от переключателя 6.
В плате 5 выполнены отверстия 23, 24 и 25 для отвода дренажа от перектоочателей 6 и 7.
Выходные отверстия 9 и 10 соединены с бароэлектрическим преобразователем 26 (см.фиг.2.)Струйный частотный датчик расхода работает следующим образом.
Поступающая к датчику среда (газ или жидкость) через входные отверстия За и 86, а так же 12 и 13, поступает к соплам питания 11 и 20 струйных переключателей 6 и 7.
Питающие сопла формируют в рабочих полостях струйных переключателей 6 и 7 силовые струи, которые под давлением управляющих струй, примыкая к одной из двух боковых стенок рабочей камеры, попадают в тот или иной выходной канал соответствующего переключателя.
Предположим, что в начальный момент в струйном переключателе 6 силовая струя из сопла питания 11 попадает в выходной канал, соединенный с отверстием 18. Под ее воздействием силовая струя усилителя 7, согласно переходной характеристике, представленной на фиг.26, (инверсной относительно переходной характеристики переключателя 6, представленной на фиг. 2а), переключается в выходной канал, соединенный с отверстием 16. В соответствующй управляющий канал переключателя 6 поступает сигнал, который переключает сило-  ( ,
вую струю переключателя 6, согласно переходной характеристике на фиг. Ja (инверсной относительно переходной характеристики переключателя 7), в вькодной канал, соединенный с отверстием 19. Под ее воздействием силовая струя переключателя 7, согласно переходной х актеристике на фиг. 36, переключается в выходной канал соединенный с отверстием 17. В соответствующий выходной канал переключателя б поступает сигнал, который переключает силовую струю переключателя 6, согласно переходной характеристике на фиг. 2а, в выходной канал соединенный с отверстием 18. Далее процесс будет повторяться.
Возможно так же выполнение первого переключателя 6 с переходной ха{)актеристикой как на фиг. 36, а переключателя 7 - с переходной характеристикой как на фиг. 5а.
Дренаж отработавшей среды из переключателей 6 и 7 осуществляется через дренажные отверстия 23, 24 и 25 на выход .
Вследствие того, что переходные характеристики переключателей взаимоинверсны, а выходные каналы одного цереключателя соединены с управляющими каналами другого по типу отршртельной обратной связи, предлагаемый датчик содержит всего два переключателя, для обеспечения той же самой суммарной плопеди сопл питания, что и у известного датчика, его плопрдь сопл питания будет равна половине суммарной шюпщи (F/2), а число Re потока в сопле: Re - ()
где:.
Fc - плопщдь сопла питания перекшочателя ;
П - периметр сопла
пи - вязкость среды.
При выполнении сопла с Ьп « h
где: Ьп - ширина сопла питания; h - толщина платы модуля.
Имеем: Renp  ( () « bn Q3/nu - bn()/nu.
У известного датчика, при выполнении сопл питания 1файних переключателей квадратного сечения:
Кеиз  (4 ЬптЧ1и)   « bn(Q/3.4)/nu.
Следовательно число Re  Renp в предлагаемом датчике будет больше числа Re  Reиз в известном датчике в К раз:
К  Reпp/Reиз -(bn(Q.2)/nu) / (bn(Q/3.4)/hu) - 3.4/2 - 1.7, что позволяет увеличить диапазон работоспособности предлагаемого датчика в 1.7 раза Сдатчик будет работоспособным при расходах до 1/1.7 от минимального расхода у известного датчика).
Дополнительно следует отметить, что при использовании предлагаемого датчика в том же диапазоне расходов, чтр и известного, уменьшается степень нелинейности Характеристики датчика, так как основная часть нелинейности расположена у границ работоспособности датчика, и поэтому при удалении от границ работоспособности датчика улучшается линейность его характеристики.
Одновременно, вследствие уменьшения количества переключателей упрощается конструкция струйного блока датчика, снижаются габариты и вес датчика..