РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к средствам измерения расхода жидкостей электромагнитным методом и может быть использовано для измерения расхода воды в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Известны электромагнитные расходомеры, содержащие магнитную систему, канал, футерованный изнутри изоляционным материалом, два электрода, установленных заподлицо с внутренней поверхностью канала и контактирующих с измеряемой средой, и измерительную систему ( см. Корсунский Л.М. Электромагнитные гидрометрические приборы, Москва, Стандартгиз, 1964, с.7).
Недостатками таких расходомеров являются чувствительность к профилю скорости потока в канале и низкая точность измерения нестационарных процессов.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является расходомер, содержащий установленную на трубопроводе магнитную систему, образованную постоянными магнитами и измерительную систему (см. авторское свидетельство SU № 901826, кл. G 01 F 1/58, 30.01.1982).
Однако данный расходомер предназначен для измерения расхода только электропроводных жидких сред. Кроме того, данный расходомер имеет сложную конструкцию. Все это сужает область использования данного расходомера.
Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, является упрощение конструкции при обеспечении возможности измерения расхода как электропроводных, так и неэлектропроводных жидких сред.
Указанный технический результат достигается за счет того, что расходомер содержит установленную на трубопроводе магнитную систему, образованную постоянными магнитами и измерительную систему, при этом
последняя включает упругий электропроводный элемент в виде одной или нескольких струн и средство измерения параметров электрического тока, например амперметр или вольтметр, упругий электропроводный элемент расположен в трубопроводе между постоянными магнитами поперек потока и поперек силовых линий магнитного поля, а средство измерения параметров электрического тока подключено к упругому электропроводному элементу к его противоположным концам.
Расходомер может быть снабжен обтекаемым вихреобразующим телом, расположенным перед упругим электропроводным элементом или на упругом электропроводном элементе.
Как известно расходомеры, которые основаны на зависимости расхода от частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи относятся к вихревым расходомерам.
Тело, находящееся на пути потока, изменяет направление движения обтекающих его струй и увеличивает их скорость за счет соответствующего уменьшения давления. За миделевым сечением тела начинается обратный процесс уменьшения скорости и увеличения давления. Одновременно с этим на передней стороне тела создается повышенное, а на задней стороне -пониженное давление. Пограничный слой, обтекающий тело, пройдя его миделево сечение, отрывается от тела и под влиянием пониженного давления за телом изменяет направление движения, образуя вихрь. Это происходит как в верхних, так и в нижних точках обтекакаемого тела. Но так как развитие вихря с одной стороны препятствует такому же развитию с другой стороны, то образование вихрей с той и другой стороны происходит поочередно. При этом за обтекаемым телом образуется вихревая дорожка Кармана.
Частота срыва вихрей с обтекаемого тела определяется следующим образом:
f=νSh/d
где ν - скорость потока, a d - характерный поперечный размер обтекаемого тела, Sh - критерий Струхаля,
0
т. е. частота срывания вихрей или фактически частота пульсаций давления пропорциональна отношению ν/d, а следовательно, при постоянном характерном размере d тела пропорциональна скорости v и / определяется из уравнения
0
Q=(sd/Sh)f,
где s - площадь наименьшего поперечного сечения потока вокруг обтекаемого тела.
0
3
4
5
Чтобы обеспечить пропорциональность между Q и f, число Струхаля Sh должно оставаться неизменным в возможно большей области значений числа Re. Для обтекаемого цилиндра число Sh остается постоянным в области 10-10 < Re <2-10. Поэтому расходомер с цилиндрическим обтекаемым телом может иметь диапазон измерения Qmax/Qmin=20. Такой диапазон может иметь место в том случае, если при Qmin скорость v в трубе будет достаточна и обеспечит устойчивое вихреобразование (в частности, для воды ν>0,2 м/с). Кроме цилиндрического поперечного сечения могут найти применение обтекаемые тела с прямоугольным, треугольным или трапецеидальным (дельтообразным) поперечным сечением. У последних основание обращено навстречу потоку. Такие тела образуют сильные и регулярные вихревые колебания, хотя и создают несколько большую потерю давления. Кроме того, они удобны для организации второй ступени преобразования частоты в выходной сигнал. В качестве такого обтекаемого тела может быть использован упругий электропроводный элемент в виде струны, помещенный в поток преимущественно жидкой среды. Описанные выше явления, возникающие при обтекании струны, приводят к вибрации проволоки в направлении перпендикулярном к потоку. Размещение упругого электропроводного элемента в виде струны в созданном постоянными магнитами поле поперек силовых линий магнитного поля приводит к образованию ЭДС. Таким образом в упругом электропроводном элементе в виде струны генерируется электрический ток. Величина и
продолжительность электрического импульса регистрируется посредством средства для измерения параметров электрического тока, например с помощью амперметра. При необходимости в электрической цепи могут быть установлены усилители. Результаты измерения могут быть записаны на носители информации с возможностью её хранения при выключении, без непрерывной подачи электричества по типу, например, флэш-памяти (Flash memory). Эти модули памяти (Compact Flash, SmartMedia и MultiMediaCard) работают при напряжениях до 3,3 или 2,7 В и токе до 35 мА. Их достоинствами являются компактность, энергонезависимость, высокая прочность, долгий срок службы. Считывание данных флэш-карты может производиться на стандартных цифровых устройствах.
Для усиления возбуждения колебаний упругого электропроводного элемента в виде струны в потоке, например в ламинарном потоке перед упругим электропроводным элементом может быть установлено еще одно обтекаемое тело, например, пластина под углом к продольной оси трубопровода, что дает возможность преобразовать ламинарное движение в турбулентное. Кроме того, турбулентность потока, вызывающего колебание упругого электропроводного элемента , может быть достигнута за счет размещения обтекаемого тела на самом упругом электропроводном элементе. Такое обтекаемое тело может быть выполнено, например, в виде гибкой ленты, присоединенной к упругому электропроводному элементу.
Таким образом, выполнение расходомера описанным выше образом позволит достигнуть выполнения поставленного в полезной модели технического результата - создать простую конструкцию при обеспечении возможности измерения расхода как электропроводных, так и не электропроводных жидких сред.
На чертеже схематически показан описываемый расходомер.
Расходомер содержит установленную на трубопроводе 1 магнитную систему, образованную постоянными магнитами 2 и измерительную систему, при этом последняя включает упругий электропроводный элемент 3 в виде
одной или нескольких струн или проволок и средство измерения параметров электрического тока 4, например амперметр или вольтметр. Упругий электропроводный элемент 3 расположен в трубопроводе 1 между постоянными магнитами 2 поперек потока и поперек силовых линий магнитного поля, а средство измерения электрического тока 4 подключено к упругому электропроводному элементу 3 к его противоположным концам.
Расходомер может быть снабжен обтекаемым вихреобразующим телом расположенным перед упругим электропроводным элементом или на упругом электропроводном элементе (на чертеже не показаны).
Расходомер работает следующим образом.
Поток набегает на упругий электропроводный элемент 3 и вызывает его вибрацию в направлении перпендикулярном силовым линиям магнитного поля, созданного магнитами 2. В результате в соответствии с законом электромагнитной индукции в упругом электропроводном элементе генерируется электродвижущая сила (ЭДС), которая пропорциональна скорости потока, а следовательно, расходу потока через расходомер. ЭДС регистрируется средством измерения параметров электрического тока 4, например амперметром, показания которого оттарированы в единицах измерения расхода.
Настоящая полезная модель может быть использована практически в любом трубопроводе для измерения расхода жидких и газовых сред, например в коммунальном хозяйстве при измерении расхода воды в квартирах.