ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР С ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДАТЧИКОМ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расхода и количества жидкости, пара или газа.
Известны вихревые расходомеры с пьезоэлектрическими датчиками, содержащие корпус в виде участка трубопровода, тело обтекания и пьезоэлектрический датчик, (см. например [1]). Данные расходомеры весьма сложны и дороги в изготовлении в связи с монолитной конструкцией пьезоэлектрического датчика, включающего как конструктивные элементы, так и пьезоэлементы. Кроме того, использование большого числа пьезоэлементов требует дальнейшего сопряжения со сложным устройством обработки выходного сигнала [1].
Прототипом заявляемого изобретения является вихревой расходомер по патенту [2], содержащий корпус в виде участка трубопровода, тело обтекания для создания областей вихреобразования, расположенное в трубопроводе перпендикулярно оси трубопровода, пьезоэлектрический датчик с дифференциальным преобразователем на основе пьезоэлементов, имеющий электрические выводы, выведенные из трубопровода через герметизированное наружное отверстие, причем пьезоэлементы выполнены в монолитной конструкции в составе пьезоэлектрического датчика так, что они не имеют непосредственного контакта с областью вихреобразования.
Недостатком устройства-прототипа является сложность его конструкции и технологии изготовления. Кроме того для устройства-прототипа необходимо сложное с повышенной чувствительностью устройство обработки выходного сигнала в связи с большим числом пьезоэлементов и отсутствием их непосредственного контакта с областью вихреобразования.
Задачей заявленного изобретения является повышение чувствительности, улучшение отношения сигнал/шум в широком динамическом диапазоне, упрощение конструкции, взаимозаменяемость элементов конструкции, а также возможность сопряжения с несложным для реализации устройством обработки выходного сигнала.
Заявляемая цель достигается тем, что вихревой расходомер содержит корпус в виде участка трубопровода, тело обтекания для создания областей вихреобразования, расположенное в трубопроводе перпендикулярно оси трубопровода, пьезоэлектрический датчик с дифференциальным преобразователем на основе пьезоэлементов, имеющий электрические выводы, выведенные из трубопровода через герметизированное наружное отверстие, причем каждый пьезоэлемент упомянутого преобразователя сообщается с соответствующей областью вихреобразования на одной из боковых противоположных сторон тела обтекания, при этом, пьезоэлектрический дифференциальный преобразователь расположен в осевом отверстии тела обтекания, а пьзоэлементы упомянутого преобразователя образуют своими наружными поверхностями совместно с внутренней поверхностью отверстия в теле обтекания две камеры, каждая из которых расположена по одной из противоположных боковых сторон тела обтекания, при этом каждая камера соединена со средой в трубопроводе «п» каналами, проходящими через противоположные боковые стороны тела обтекания, а протяженность упомянутых пьзоэлементов превышает длину расположения по вертикальной оси тела обтекания упомянутых «n» каналов.
Работа расходомера поясняется с помощью фиг.1, 2. Заявляемый вихревой расходомер (см. фиг.1, 2) с пьезоэлектрическим датчиком содержит участок трубопровода 1 и тело обтекания 2, установленное перпендикулярно оси трубопровода. Тело обтекания 2 выполнено в виде призмы, сечение которой представляет собой трапецию (см. фиг.2). Во внутреннем отверстии призмы установлен пьезоэлектрический датчик 3 на основе пьезоэлементов 4, 5, имеющих электрические выводы 6, выведенные через герметизированное отверстие 7 в корпусе датчика.
Между внутренней поверхностью отверстия в теле обтекания и плоскостями установки пьезоэлементов 4, 5 образуются две камеры 10, 11, каждая из которых через «n» симметрично расположенных каналов 12, сообщается с зонами вихреобразования на наружных боковых поверхностях 8, 9 тела обтекания.
Устройство работает следующим образом. При движении среды в трубопроводе 1 на гранях тела обтекания происходит вихреобразование. Чередование вихрей с одной и с другой стороны тела обтекания вызывает знакопеременные пульсации давления, частота которых, согласно теории Струхаля [3] пропорциональна скорости потока измеряемой среды. Пульсации давления через каналы 12 в теле обтекания передаются в камеры 10, 11 и
создают силу, воздействующую на пьезоэлементы, выходной электрический сигнал которых передается через выводы б на сопряженное устройство обработки(измерительное устройство). Таким образом, по сравнению с прототипом, благодаря расположению пъезоэлементов в зоне вихреобразования, и наличию промежуточных камер, сообщающихся со средой через каналы в теле обтекания, обеспечивается увеличение чувствительности расходомера и усреднение величины пульсаций давления по сечению трубопровода, что минимизирует влияние нестационарных турбулентностей потока и улучшает соотношение сигнал/шум в широком динамическом диапазоне.
Заявляемый вихревой расходомер обладает новизной и промышленной полезностью. Расходомер готовится к серийному производству и найдет широкое применение в промышленности.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Patent JP №11248500, G 01 F 1/32, 1999.
2. Patent JP №11258016, G 01 F 1/32, 1999.
3. Емцов Б.Т. Техническая гидромеханика. Москва, изд.: «Машиносроение», 1987, Стр.122.