ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА СРЕДЫ И ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к конструкциям волоконно-оптических расходомеров и дифференциальных манометров с чувствительными элементами в виде упругих механических мембран с отражающими поверхностями.
Известен расходомер жидкости и газа (А.С. СССР, №1597561, Кл, G01F 1/20, 1990). Динамическая нагрузка потока воспринимается чувствительным элементом тела обтекания и передается через гибкую связь на боковой сильфон светового аттенюатора. Перемещение бокового сильфона от динамической нагрузки вызывает перемещение осевых сильфонов и изменение интенсивности светового потока между приемным и подводящим световодами.
Недостатком этого расходомера жидкости и газа является сложность конструкции: наличие чувствительного элемента в виде гибкого тела обтекания расположенного поперек сквозного канала корпуса, наличие гибких связей бокового и осевых сильфонов.
Известно устройство для измерения расхода среды (А.С. СССР, №1631284 кл. G01F 1/28, 1991). При протекании по измерительному трубопроводу контролируемой среды перемещается пластина в направлении, поперечном оси трубопровода. Перемещение пластины преобразуется в деформацию упругого элемента и угловому перемещению зеркала. Отраженный от зеркала световой луч меняет ток фотоприемника, что регистрируется индикатором.
Недостатком этого устройства для измерения расхода среды является сложность конструкции: наличие чувствительного элемента, выполненного в виде пластины аэродинамического профиля, установленного поперек трубопровода, наличие штока, двух упругих мембран, плоского упругого элемента.
Наиболее близкий по технической сущности волоконно-оптический расходомер (А.С. СССР, №1770756, кл. G01F 1/66, 1992). Чувствительная поворотная лопасть помещенная в корпусе с движущимися жидкостью или газами снабжена двумя постоянными магнитами, сопряженными каждый со слоем магнитной жидкости, на границе которой установлен упругий отражающий элемент, волоконные световоды сопряжены с отражателями и подключены к источнику света и приемному дифференциальному усилителю.
Недостатком этого волоконно-оптического расходомера является сложность конструкции: наличие подвижных элементов - поворотной лопасти в корпусе с измеряемой средой и связанной с лопастью гибкими связями шарниров, штоков, рычагов, консолей вспомогательных электромагнитных, магнито-оптических и волоконно-оптических датчиков, преобразующих механические перемещения лопасти в электрический сигнал.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача упрощения конструкции, повышения чувствительности и точности контроля.
Указанная задача решается за счет того, что в предлагаемом волоконно-оптическом устройстве для измерения расхода среды и давления, содержащим корпус, коаксиально корпусу установлен внутренний трубопровод с кольцевой упругой деформирующейся мембраной с отражающей поверхностью, сопряженной с торцами волоконных излучающего и приемного световодов, а также дополнительно введены соединенные последовательно электронные блоки: аналого-цифровой преобразователь и персональный компьютер.
На фиг. представлено продольное сечение волоконно-оптического устройства для измерения расхода электролита и его давления в камере ЭХО.
Волоконно-оптическое устройство содержит наружный трубопровод 1, внутренний трубопровод 2, кольцевую упругую мембрану, с отражающей поверхностью 3, волоконно-оптический разветвитель с каналами связи 4, источник излучения света 5, приемник света 6, усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, персональный компьютер 9.
Устройство работает следующим образом. Внутренний трубопровод является входным для электролита, а наружный трубопровод - выходным. В результате технологического процесса в камере ЭХО изменяется расход электролита и его давление. Перепад давления АР зависит от деформации и перемещения упругой кольцевой мембраны 3. Дифференциальное изменение зазора между отражающей поверхностью и торцом волоконно-оптического разветвителя 4 позволяет определить объемный Q и массовый М расходы электролита. (Электрические измерения неэлектрических величин. Под редакцией П.В.Новицкого «Энергия», ленинградское отделение, 1975, 586 с. с ил.).
и
где α - коэффициент расхода; S - площадь сечения сужающего устройства; ρ - плотность электролита.
Предлагаемое устройство может быть использовано при соответствующей тарировке как дифференциальный манометр для измерения перепада давления ΔР в камере ЭХО.
Упругой мембраной может служить кольцевая проточка на внутреннем трубопроводе из нержавеющей стали. Отражающая поверхность выполняется из любой эластичной пленки с зеркальной поверхностью на основе полиакрилатов или из берилливой латуни толщиной 0,05 мм.
Начальный зазор между торцами световодов и отражающей поверхностью 200 мкм, что обусловлено характеристикой рефлектометрического преобразователя на волоконно-оптическом световоде со случайным распределением волокон. Рабочий зазор изменяется от 200 до 50 мкм.
Приборы этой группы для специализированного назначения имеют небольшой рабочий диапазон (D=3-5). Они могут применяться для измерения
расходов как жидкостей, так и газов при температурах до сотен градусов, и давлениях до десятков мегапаскалей. Используются в непрерывном и в импульсном режимах, погрешность их составляет 1-2%.