ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВИХРЕВОГО РАСХОДОМЕРА

Полезная модель относится к средствам измерения объема или массы жидкости или газа путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком, в частности, через вихревые расходомеры и может использоваться в расходометрии жидких или газообразных сред.
Известен первичный преобразователь вихревого расходомера, описанный в п. США №3972232 Тело обтекания вихревого расходомера по кл. G 01 F1/32, 3. 24.04.74г., оп 03.08.76.
Известный преобразователь содержит чувствительный элемент и формирователь вихрей в виде тела обтекания, состоящего из генерирующей вихри пластины, имеющей гладкую переднюю поверхность со стороны поступления потока, и боковые поверхности, скошенные под углом от 5° до 45° в сторону, противоположную поступлению потока; к задней поверхности пластины жестко прикреплен прямоугольный стержнеобразный элемент, в полости которого размещены чувствительный элемент в виде двух металлических гофрированных мембран с пластичным изолирующим кольцом со стороны вихреобразующей пластины и кольцевой головкой с вертикально расточенным отверстием с другой и кольцевой пьезоэлемент, к которому подсоединены медные провода, подключенные к усилителю, содержащему схему, создающую выходной сигнал, приспособленный к передаче на сравнительно длинные расстояния; при этом часть полости заполнена маслом.
Разность давлений, воздействующих с двух сторон на мембраны, передается непосредственно пьезоэлементу, что ограничивает нижний порог чувствительности устройства пределами чувствительности пьезоэлемента и не позволяет измерять малые расходы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является первичный преобразователь вихревого расходомера, описанный в рекламном проспекте Интеллектуальный вихревой расходомер модели 8800А фирмы Fischer Rosemount, стр.4, рис.6 и выбранный в качестве прототипа.
Известный первичный преобразователь содержит пьезоэлемент и выполненные в виде единой монолитной конструкции чувствительный элемент и формирователь вихрей в виде тела обтекания, состоящего из головного элемента, имеющего в направлении потока поперечное сечение существенной ширины, промежуточной секции с поперечным сечением меньшей ширины и хвостовой секции, ширина поперечного сечения которой больше ширины сечения промежуточной секции, но
меньше ширины головного элемента; при этом в части промежуточной секции со стороны крепления к телу обтекания пьезоэлемента выполнено двустороннее углубление для чувствительного элемента, выполненного с телом обтекания в виде единой детали и имеющего в продольном сечении крестообразную форму в виде поперечной мембраны и проходящего через нее жесткого стержня значительной  толщины и образующего как бы качающееся коромысло относительно этой мембраны и переходящего с одной стороны по длине углубления в более тонкие и, следовательно, имеющие некоторую гибкость продольные пластины- мембраны в промежуточной секции тела обтекания, а другим концом за поперечной мембраной размещенного в трубке, внутри которой расположен пьезоэлемент, выполненный из двух полых полуцилиндров, электрически изолированных друг от друга; преобразователь может быть закреплен в трубопроводе посредством двух фланцев.
Недостатком известной конструкции является то, что она не обеспечивает измерения малых расходов, поскольку тело обтекания и чувствительный элемент выполнены в виде единой монолитной конструкции и невозможно сделать пластины мембраны чувствительного элемента достаточно малой толщины, чтобы они могли улавливать малые перепады давления. Кроме того, выполнение тела обтекания и чувствительного элемента как единого целого весьма сложно с точки зрения технологии изготовления и достаточно дорого.
Целью заявляемого технического решения является обеспечение измерения малых расходов при повышении технологичности конструкции и снижении себестоимости.
Поставленная цель достигается тем, что в первичном преобразователе вихревого расходомера, закрепленном в трубопроводе посредством установочного фланца и содержащем пьезоэлемент, выполненный разъемным из двух полых полуцилиндров, электрически изолированных друг от друга, связанный с ним чувствительный элемент из жесткого стержня и двух гибких мембран и формирователь вихрей в виде размещенного симметрично относительно внутреннего диаметра трубы встречно потоку тела обтекания, состоящего из расположенных последовательно головного элемента, промежуточной и хвостовой секций, причем ширина поперечного сечения головного элемента больше ширины поперечного сечения хвостовой секции, Болшей ширины поперечного сечения промежуточной секции, в которой размещен чувствительный элемент, при этом пьезоэлемент расположен со стороны торца тела обтекания, согласно полезной модели, в промежуточной секции тела обтекания со стороны расположения пьезоэлемента выполнен сквозной паз для размещения в нем чувствительного элемента из отдельно выполненных расположенного в пазу жесткого стержня, переходящего за телом обтекания в трубку, и двух гибких мембран, закрывающих снаружи сквозной паз и жестко прикрепленных по их периметру к
поверхности промежуточной секции, а также скрепленных в их центральной части с жестким стержнем , при этом тело обтекания со стороны размещения пьезоэлемента неразъемно соединено торцом с установочным фланцем, а трубка с пьзоэлементом жестко закреплена внутри установочного фланца.
Выполнение чувствительного элемента в виде отдельно изготовленных размещенного в сквозном пазу тела обтекания жесткого стержня , переходящего в трубку , в которой размещен пьезоэлемент, и гибких мембран, закрывающих сквозной паз, при неразъемном соединении торца тела обтекания с установочным фланцем, вызывает при воздействии на мембраны перепада давлений их прогиб, перемещение стержня и изгиб трубки, деформирующейся в сечении в эллипс, и вызывающей деформацию пьезоэлемента; при этом, поскольку перемещение жесткого стержня определяется гибкостью мембран, более гибких, чем стержень, и переходит непосредственно в изгиб трубки, то этот изгиб вызывает и более значительную деформацию пьезоэлемента, то есть обеспечивает большую чувствительность преобразователя для малых перепадов давления (малых расходов) и дает возможность замерять малые расходы.
Выполнение тела обтекания и чувствительного элемента как отдельных деталей конструкции упрощает технологию изготовления первичного преобразователя и, соответственно, удешевляет ее.
В сравнении с прототипом заявленный первичный преобразователь вихревого расходомера обладает  новизной, отличаясь от него такими существенными признаками как размещение в сквозном пазу тела обтекания чувствительного элемента и выполнение последнего из отдельно выполненных жесткого стержня, переходящего в трубку, в основании которой размещен пьезоэлемент, и двух гибких мембран, закрывающих сквозной паз и жестко скрепленных по их периметру с поверхностью промежуточной секции тела обтекания и локально (в центральной части) с чувствительным элементом, а также неразъемное соединение тела обтекания с установочным фланцем, внутри которого закреплена трубка с пьезоэлементом обеспечивающими достижение заданного результата.
Заявляемый первичный преобразователь вихревого расходомера может найти широкое применение в измерительной технике и метрологии для измерения расхода жидких и газообразных сред и потому соответствует критерию промышленная применимость.
ДОЙГ //////
Первичный преобразователь вихревого расходомера содержит формирователь вихрей в виде тела 1 обтекания сложной формы, чувствительный элемент в виде отдельно выполненых жесткого стержня 2 и двух мембран З, З , пьезоэлемент 4, и неразъемно соединенный с торцом тела 1 обтекания установочный фланец 5.
При этом тело 1 обтекания размещено симметрично относительно внутреннего диаметра трубы встречно потоку и состоит из расположенных последовательно
головного элемента 1, промежуточной и хвостовой секции 1,  ширина поперечного
, III сечения хвостовой секции 1 меньше ширины поперечного сечения головного
элемента 1 и больше ширины поперечного сечения промежуточной секции 1. В промежуточной секции  1 обтекания со стороны расположения пьезоэлемента 4 выполнен сквозной паз 6, в котором размещен жесткий стержень 2 чувствительного элемента, переходящий за пределами тела 1 обтекания в трубку 7, внутри которой расположен пьезоэлемент 4, выполненный в виде двух полых полуцилиндров, электрически изолированных друг от друга. Сквозной паз 6 с обеих сторон закрыт гибкими мембранами З, З чувствительного элемента, которые жестко прикреплены к поверхности промежуточной секции 1, а в центральной их части скреплены с жестким стержнем 2. Тело 1 обтекания со стороны размещения пьезоэлемента неразъемно соединено торцом с установочным фланцем 5, при этом трубка 7 с пьезоэлементом жестко закреплена в установочном фланце 5.
Первичный преобразователь вихревого расходомера работает следующим образом.
При обтекании формирователя вихрей набегающим потоком движущейся среды поток разделяется острыми краями тела 1 обтекания и образует вихри, попеременно вдоль и сзади каждой стенки тела обтекания, частота образования которых прямо пропорциональна скорости движения среды. Образование завихрений создает перепад давлений между боковыми сторонами тела обтекания и вызывает прогиб мембран 3 чувствительного элемента, создающий,в свою очередь, перемещение в пазу 6 стержня 2, приводящее к изгибу трубки 7. При изгибе трубка 7 деформируется, принимая в сечении форму эллипса и сжимая при этом пьезоэлемент 4, преобразующий механическое усилие сжатия в электрический сигнал, изменяющийся с частотой образования вихрей, которая,в свою очередь, пропорциональна расходу среды.
Поскольку жесткий стержень чувствительного элемента выполнен как единое целое с закрепленной на торце тела обтекания трубкой, в основании которой внутри расположен пьезоэлемент, и его перемещение, вызванное прогибом гибких мембран даже от очень малых перепадов давления среды и передаваемое трубке, воздействует непосредственно на пьезоэлемент, то он улавливает и очень малые перемещения среды, т.е. обеспечивает в сравнении с прототипом измерение малых расходов сред.
Кроме того, выполнение тела обтекания и чувствительного элемента как отдельных узлов конструкции, является более технологичным и дешевым.
Авторы:, А - - Кочергин И.А.
.,
Ветров В.В.