Расходомер
FLOW METER

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидкостей, в том числе для учета расхода топлива двигателями внутреннего сгорания мобильных и стационарных энергетических средств.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является поршневой расходомер (Патент РФ №2511638, опубл. 10.04.2014), содержащий прямоугольный корпус с технологическими и крепежными отверстиями, закрытый с двух сторон крышками с датчиками положения поршня, четыре электромагнитных клапана, поршень и измерительный цилиндр, а также подводящий и отводящий штуцеры, в котором между измерительным цилиндром и поршнем отсутствует уплотнение, при этом поршень имеет такой же удельный вес, как и объем, вытесняемой им измеряемой жидкости, а каждый из двух емкостных датчиков положения поршня имеет одну металлическую обкладку конденсатора, а второй обкладкой таких датчиков служит торцевая часть поршня.
Основным недостатком такого расходомера является то, что отсутствие уплотнений между поршнем и измерительным цилиндром, а также износ внутренней поверхности измерительного цилиндра и наружной поверхности поршня при различных давлениях в измерительных камерах измерительного цилиндра, разделяемых поршнем, приводит к перетеканию топлива из измерительной камеры с большим давлением жидкости в измерительную камеру с меньшим давлением, что приводит к существенным ошибкам измерения расхода топлива.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задача изобретения - повышение точности измерения расхода топлива на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат - исключение перетекания топлива из измерительной камеры измерительного цилиндра с большим давлением жидкости в измерительную камеру с меньшим давлением.
Указанный технический результат достигается расходомером, содержащим корпус с технологическими и крепежными отверстиями, закрытый с двух сторон крышками с датчиками положения поршня, четыре электромагнитных клапана, поршень и измерительный цилиндр, подводящий и отводящий штуцеры, а также две металлические обкладки конденсатора каждого из двух емкостных датчиков положения поршня, одной из которых служит торцевая часть поршня, при этом измерительный цилиндр и поршень состоят из трех соединенных между собой элементов - центрального и двух крайних равной длины, причем длины центральных элементов измерительного цилиндра и поршня равны между собой; центральный элемент поршня выполнен в виде цилиндра, а два крайних - в виде усеченного конуса с установкой их большим основанием конуса в сторону соответствующей крышки; поршень закреплен в измерительном цилиндре посредством двух мембран из эластичного материала; соотношение наружного диаметра d центрального элемента поршня и внутреннего диаметра D измерительного цилиндра, а также эластичность материала мембран обеспечивают приближение обкладок конденсатора друг к другу на расстояние, равное S, при котором суммарная емкость датчика положения поршня гарантирует выработку сигнала, величина которого достаточна для срабатывания электромагнитного клапана. Кроме того, корпус расходомера может иметь сечение прямоугольника, квадрата, круга или другой геометрической фигуры, а мембраны закреплены своей центральной частью между центральным и крайними элементами поршня, а внешней частью - между центральным и крайними элементами измерительного цилиндра, при этом угол наклона образующей усеченного конуса правого крайнего элемента поршня равен углу наклона мембраны при предельном левом положении поршня, и соответственно угол наклона образующей усеченного конуса левого крайнего элемента поршня равен углу наклона мембраны при предельном правом положении поршня.
В данном расходомере позиционирование поршня осуществлено при помощи емкостных датчиков положения, сигнал с которых воспринимается электронным блоком управления. Каждый из двух емкостных датчиков положения поршня имеет одну металлическую обкладку конденсатора, а второй обкладкой таких датчиков служит торец крайней части поршня. При приближении поршня к емкостному датчику наблюдается скачкообразное увеличение емкости, что воспринимается электронной системой управления клапанами.
Привод клапанов управления потоками топлива осуществлен посредством электромагнитов, получающих питание от бортовой сети энергетического средства через электронный блок управления. В предлагаемом расходомере применены четыре электромагнитных клапана, работающих по «диагональной» схеме, осуществляющих распределение потоков жидкости между мерными полостями измерительного цилиндра.
Расходомер устанавливается, например, в топливную систему двигателя между фильтром грубой очистки топлива и топливоподкачивающим насосом.
Электромагнитные клапаны, электронный блок контроля и управления подключаются к бортовой сети.
Установка двух мембран обеспечивает перемещение поршня по оси измерительного цилиндра, без перекосов.
Существенными признаками, влияющими на достижение заявленного технического решения, являются:
- выполнение измерительного цилиндра из трех соединенных между собой элементов - центрального и двух крайних равной длины;
- выполнение поршня из трех соединенных между собой элементов - центрального и двух крайних равной длины;
- выполнение центральных элементов измерительного цилиндра и поршня, равных по длине;
- выполнение центрального элемента поршня в виде цилиндра, а двух крайних элементов в виде усеченного конуса;
- установка крайних элементов поршня большим основанием конуса в сторону соответствующей крышки;
- закрепление поршня в измерительном цилиндре посредством двух мембран;
- использование для изготовления мембран эластичного материала;
- обеспечение соотношения наружного диаметра d центрального элемента поршня и внутреннего диаметра D измерительного цилиндра, а также эластичностью материала мембраны приближение обкладок конденсатора друг к другу на расстояние, равное S, при котором суммарная емкость датчика положения поршня гарантирует выработку сигнала, величина которого достаточна для срабатывания электромагнитного клапана;
- возможность выполнения корпуса расходомера с сечением в виде прямоугольника, квадрата, круга или другой геометрической фигуры;
- закрепление мембран своей центральной частью между центральным и крайними элементами поршня, а внешней частью - между центральным и крайними элементами измерительного цилиндра;
- выполнение правого крайнего элемента поршня с углом наклона образующей усеченного конуса, равным углу наклона мембраны при предельном левом положении поршня, и, соответственно, выполнение левого крайнего элемента поршня с углом наклона образующей усеченного, равным углу наклона мембраны при предельном правом положении поршня.
Заявляемое конструктивное выполнение расходомера позволяет повысить точность измерения расхода топлива на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания за счет исключения перетекания топлива из измерительной камеры измерительного цилиндра с большим давлением жидкости в измерительную камеру с меньшим давлением.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан осевой разрез расходомера.
Расходомер содержит корпус 1 с технологическими и крепежными отверстиями, поршень 2, измерительный цилиндр 3, корпус 1 закрыт с двух сторон крышками 4, 5 с емкостными датчиками 6, 7 положения поршня 2, четыре электромагнитных клапана 8, 9, 10, 11, подводящий 12 и отводящий 13 штуцеры, а также две металлические обкладки 14, 15 конденсатора каждого из двух емкостных датчиков 6, 7 положения поршня 2, одной из которых служит торцевая часть поршня 2. Поршень 2 разделяет измерительный цилиндр 3 на две измерительные камеры А и В. Измерительный цилиндр 3 состоит из трех соединенных между собой элементов - центрального 16 и двух крайних 17, 18 равной длины. Поршень 2 также состоит из трех соединенных между собой элементов - центрального 19 и двух крайних 20, 21 равной длины. Причем длина центрального элемента 16 измерительного цилиндра 3 равна длине центрального элемента 19 поршня 2. Центральный элемент 19 поршня 2 выполнен в виде цилиндра, а два крайних элемента 20, 21 - в виде усеченного конуса с установкой их большим основанием конуса в сторону соответствующей крышки 4, 5. Поршень 2 закреплен в измерительном цилиндре 3 посредством двух мембран 22, 23 из эластичного материала, причем соотношение наружного диаметра d центрального элемента 19 поршня 2 и внутреннего диаметра D измерительного цилиндра 3, а также эластичность материала мембран 22, 23 обеспечивают ход поршня 2, соответствующий зазору S между обкладками 14, 15 конденсатора, при котором суммарная емкость датчика 6, 7 положения поршня 2 гарантирует выработку сигнала, величина которого достаточна для срабатывания электромагнитного клапана 8, 9, 10, 11.
Расходомер работает следующим образом.
При работающем двигателе топливоподкачивающий насос (не показан) перемещает топливо по закрытой топливной системе двигателя, при этом электронный блок управления (не показан) подает напряжение на два электромагнитных клапана (например, 8 и 11), включенные по диагональной схеме. Топливо из подводящей магистрали 12 через открытый электромагнитный клапан 12 поступает в измерительную камеру «А», заставляя при этом выгибаться мембранам 22, 23 и перемещаться поршню 2 в сторону измерительной камеры «В». Топливо из измерительной камеры «В» через открытый электромагнитный клапан 11 поступает в отводящую магистраль 13 и далее в топливоподкачивающий насос (не показан). Поршень 2, дойдя на расстояние S до емкостного датчика 7, изменяет суммарную емкость датчика 7, что воспринимается электронным блоком контроля и управления как сигнал для реверсирования направления потока топлива и окончания единичного измерительного цикла. Электромагнитные клапаны 8 и 11 отключаются и под действием возвратной пружины запирают топливные каналы. Питание подается на электромагнитные клапаны - 9 и 10. В измерительную камеру «В» начинает поступать топливо, а измерительная камера «А» начинает опорожняться. Мембраны выгибаются, и поршень начинает движение в сторону измерительной камеры «А», и рабочий цикл расходомера повторяется. Блок контроля суммирует число единичных ходов поршня. Зная единичный объем измерительной камеры, расход топлива может быть отображен в любой удобной для дальнейшего счисления форме, в том числе и с учетом коррекции по температурной составляющей.
Таким образом, предлагаемый расходомер топлива по сравнению с известными решениями позволяет повысить точность измерения расхода топлива на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания за счет исключения перетекания топлива из измерительной камеры измерительного цилиндра с большим давлением жидкости в измерительную камеру с меньшим давлением.