ИЗМЕРИТЕЛЬ МАССЫ ПРОКАЧАННОЙ ЖИДКОСТИ

Описание полезной модели
МПК
G01F 1/76
G01F 1/86
Измеритель массы прокачанной жидкости
Область техники
Полезная модель относится к устройствам для измерения жидкостных потоков и может использоваться для измерения и контроля расхода топлива в авиационной, автомобильной промышленности и других отраслях.
Уровень техники
Наиболее близким техническим решением (прототип) является массовый расходомер газожидкостного потока (патент РФ №2128328 дата публикации 27.03.1999). Устройство содержит блок определения объёма жидкости, измеритель плотности жидкости (её потока), блок управления, блок умножения, блок определения структурной функции процесса изменения плотности потока, пороговое устройство и индикатор. Сигнал с выхода измерителя плотности потока поступает на второй вход блока умножения и вход блока определения структурной функции процесса изменения плотности потока. Сигнал, пропорциональный значению структурной функции, поступает с выхода блока определения структурной функции процесса изменения плотности потока на вход порогового устройства, в котором формируется управляющий сигнал. Управляющий сигнал с выхода порогового устройства поступает на вход блока управления. В моменты времени, когда сигналы поступают в блок управления, с выхода блока определения блок жидкости на первый вход блока умножения поступает сигнал, пропорциональный объёмному расходу жидкости. В блоке умножения в указанные моменты времени реализуется вычисление массового расхода жидкости потока. Сигнал, пропорциональный вычисленному значению массового расхода жидкости, поступает с выхода блока умножения на вход индикатора.
Недостатком известного технического решения является недостаточная точность определения массового расхода жидкости. В данном устройстве определяется массовый расход потока жидкости в единицу времени, что не позволяет точно определить общее количество прошедшей жидкости.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности определения массового расхода жидкости.
Поставленная цель достигается за счёт того, что в измерителе массы прокачанной жидкости, содержащем блок вычисления объёма жидкости, блок умножения, блок управления, измеритель плотности жидкости, размещённый с обеспечением возможности измерения плотности протекающей жидкости, несущий элемент, обеспечивающий конструктивное единство, причём измеритель плотности жидкости соединён своим выходом с одним из входов блока умножения, в него дополнительно введены суммирующий счётчик, сумматор массы жидкости, трубопровод, измеритель скорости потока и считыватель, при этом измеритель скорости потока установлен с обеспечением возможности измерения скорости потока в трубопроводе и соединён с информационным входом суммирующего счётчика, который соединён своим выходом с информационным входом блока вычисления объёма жидкости, размещение измерителя плотности жидкости выполнено с обеспечением возможности измерения плотности жидкости протекающей в трубопроводе, выход блока вычисления объёма жидкости соединён с соответствующим информационным входом блока умножения, управляющий вход блока умножения соединён с выходом блока управления, выход блока умножения соединён с информационным входом сумматором массы жидкости, причём управляющие входы суммирующего счётчика и сумматора массы жидкости соединены с блоком управления.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется фигурой, на которой показаны основные элементы устройства.
Раскрытие полезной модели
На фигуре обозначены: считыватель 1, измеритель скорости потока 2, суммирующий счётчик 3, блок вычисления объёма жидкости 4, сумматор массы жидкости 5, блок умножения 6, блок управления 7, измеритель плотности жидкости 8, крыльчатка 9, трубопровод 10, несущий элемент, обеспечивающий конструктивное единство 11 (далее упоминаемый как несущий элемент).
Основным элементом, в или на которое устанавливают другие элементы данного устройства, является трубопровод 10. Под трубопроводом 10 понимают сооружение из труб, герметично соединённых между собой, служащее для передачи на расстояние жидкостей, в необходимых случаях предварительно отфильтрованных и сепарированных.
Одним из элементов, которые устанавливают в или на трубопроводе 10, является измеритель скорости потока 2. Измеритель скорости потока 2 представляет собой устройство для определения условной скорости потока прокачиваемой жидкости в трубопроводе 10. Измеритель скорости потока 2 снабжён импульсным выходом. Измеритель скорости потока 2 выполнен таким образом, что одному импульсу на выходе можно привести в соответствие объём жидкости, который проходит через поперечное сечение трубопровода 10 за период времени, соответствующий одному импульсу. Таким образом, частота импульсов является условной мерой скорости потока (расхода) в трубопроводе 10. В частном случая, измеритель скорости потока 2 состоит из крыльчатки 9 и считывателя 1. Крыльчатку 9 устанавливают в трубопроводе 10 таким образом, чтобы ось крыльчатки 9 совпадала с направлением потока жидкости, а плоскость вращения крыльчатки 9 была перпендикулярна потоку жидкости. Крыльчатка выполнена с обеспечением возможности её вращения при проходе потока жидкости по трубопроводу 10. Поворот крыльчатки 9 на определённый угол может быть приведён в соответствие с объёмом жидкости, прошедшим через поперечное сечение трубопровода 10 за время совершения поворота. Обычно выполняют тарирование этого объёма (далее тарированный объём). При повороте крыльчатки на угол, соответствующий прохождению через трубопровод 10 тарированного объёма, происходит, например, замыкание соответствующего контакта. При замыкании контакта считыватель 1 генерирует фиксированное количество импульсов, например, один. Считыватель 1 снабжён импульсным выходом, который в данном частном случае является импульсным выходом измерителя скорости потока 2.
Устройство содержит суммирующий счётчик 3, который снабжён информационным входом, управляющим входом и выходом. Суммирующий счётчик 3 производит подсчёт количества импульсов, поступивших на информационный вход. Суммирующий счётчик 3 выполнен с обеспечением возможности передать данные о количестве импульсов при получении сигнала на управляющий вход или постоянно. После получения сигнала на управляющий вход происходит сброс суммирующего счётчика 3, а подсчёт количества импульсов начинается заново.
Устройство содержит блок вычисления объёма жидкости 4, прошедшей по трубопроводу 10. Блок вычисления объёма жидкости 4 снабжён информационным входом и выходом. На выходе блок вычисления объёма жидкости 4 формирует значение объёма жидкости, прошедшей через поперечное сечение трубопровода 10. Вычисление значения объёма жидкости происходит путём перемножения значения тарированного объёма жидкости и значения числа импульсов, поступивших через информационный вход. На выходе блока вычисления 4 постоянно находится значение объёма жидкости, соответствующее последнему поступившему значению числа импульсов.
Устройство также включает в себя измеритель плотности жидкости 8. В частном случае, измерение плотности жидкости может быть основано на определении времени прохождения ультразвуковых колебаний фиксированного расстояния в жидкости, поскольку по нему можно определить скорость звука. Скорость звука, в свою очередь, связана с плотностью жидкости известной зависимостью (см. https://ru.wikipedia.org/wiki/Скорость_звука дата обращения 03.08.2015г.). В этом случае измеритель плотности жидкости 8 устанавливают на прямолинейном участке трубопровода 10 на наружной поверхности с обеспечением возможности излучения ультразвуковых волн в прокачиваемую жидкость (топливо) и приёма обратного сигнала. Измеритель плотности жидкости 8 имеет один выход, с которого считывают текущее значение плотности среды в трубопроводе.
Устройство также содержит блок умножения 6. Блок умножения 6 снабжён двумя информационными входами, одним управляющим входом и выходом. Блок умножения 6 производит умножение двух входящих значений, каждое из которых поступает на соответствующий информационный вход. Умножение происходит при получении сигнала на управляющий вход. На выходе блок умножения 6 формирует значение равное результату умножения.
Устройство также содержит сумматор массы жидкости 5. Сумматор массы жидкости 5 снабжён одним информационным входом и одним управляющим входом. Сумматор массы жидкости 5 производит суммирование входящих значений. Результатом многократного суммирования является сумма всех входящий значений. Суммирование происходит при получении сигнала на управляющий вход. Сумматор массы жидкости 5 имеет возможность сбрасывать (обнулять) показания при поступлении соответствующего управляющего сигнала.
Блок управления 7 выполнен с обеспечением возможности передавать в соответствующий момент времени сигналы (команды) о начале суммирования и/или перемножения показаний, а также сигналы (команды) о передаче и сбросе данных. Это реализуется включением в состав блока управления 7 генератора периодических импульсов. В частном случае, блок управления 7 снабжён тремя выходами.
Вышеперечисленные элементы устройства соединены следующим образом: выход считывателя 1 соединён с информационным входом суммирующего счётчика 3, выход суммирующего счётчика 3 соединён с информационным входом блока вычисления объёма жидкости 4, один информационный вход блока умножения 6 соединён с выходом блока вычисления объёма жидкости 4, другой информационный вход блока умножения 6 соединён с выходом измерителя плотности жидкости 8, выход блока умножения 6 соединён с информационным входом сумматора массы жидкости 5, один выход блока управления 7 соединён с управляющим входом суммирующего счётчика 3, другой выход блока управления 7 соединён с управляющим входом блока умножения 6, третий выход блока управления 7 соединён с управляющим входом сумматора массы жидкости 5.
Устройство также включает в себя несущий элемент 11 (например, в виде корпуса, остова, рамы, платформы). Несущий элемент 11 выполнен из металлического материала, и на нём закреплены все остальные элементы устройства, а именно измеритель скорости потока 2, суммирующий счётчик 3, блок вычисления объёма жидкости 4, сумматор массы жидкости 5, блок умножения 6, блок управления 7, измеритель плотности жидкости 8. Также в несущем элементе 11 установлен трубопровод 10, в котором производят измерения расхода жидкости.
Осуществление полезной модели
Устройство изготавливается следующим образом. Трубопровод 10, суммирующий счётчик 3, блок вычисления объёма жидкости 4, сумматор массы жидкости 5, блок умножения 6 и блок управления 7 устанавливают в или на несущем элементе 11. В частном случае в качестве несущего элемента 11 может выступать кузов автомобиля, на котором размещены все узлы, агрегаты и системы автомобиля, или станина, а также элементы заявленного устройства с обеспечением их конструктивного единства. Измеритель скорости потока 2 устанавливают в или на трубопроводе 10. Измеритель плотности жидкости 8 закрепляют на трубопроводе 10. Выход измерителя скорости потока 2 соединяют с информационным входом суммирующего счётчика 3. Выход суммирующего счётчика 3 соединяют с информационным входом блока вычисления объёма жидкости 4. Выход блока вычисления объёма жидкости 4 соединяют с соответствующим информационным входом блока умножения 6, а выход измерителя плотности жидкости 8 соединяют с другим соответствующим информационным входом блока умножения 6. Выход блока умножения 6 соединяют с информационным входом сумматора массы жидкости 5. Выходы блока управления 7 соединяют с соответствующими управляющими входами блока умножения 6, сумматоров массы жидкости 5 и блока вычисления объёма жидкости 4. Кроме того, трубопровод 10 соединяют фланцами с трубопроводной системой, в которой нужно измерить массовый расход жидкости.
Для обеспечения работоспособности устройство подключено к внешней электрической сети или аккумуляторной батарее.
Устройство работает следующим образом. При прохождении потока жидкости по трубопроводу 10, крыльчатка 9 вращается. При вращении крыльчатки происходят замыкания контакта (может находится в считывателе), в результате которых считыватель 1 генерирует импульсы. С выхода считывателя 1 импульсы поступают на информационный вход суммирующего счётчика 3. Суммирующий счётчик 3 считает количество импульсов, поступивших на его информационный вход. С выхода суммирующего счётчика 3 значение количества импульсов поступает на информационный вход блока вычисления объёма жидкости 4. При поступлении сигнала на управляющий вход суммирующего счётчика 3 от блока управления 7 происходит сброс суммирующего счётчика 3. В блок вычисления объёма жидкости 4 внесено постоянное значение тарированного объёма жидкости. Конкретное значение тарированного объёма формируют на основе используемого типоразмера крыльчатки 9 и других особенностей устройства измерителя скорости потока 2 или определяют экспериментально. На основе значения тарированного объёма блок вычисления объёма жидкости 4 формирует значение объёма жидкости, соответствующего полученному значению числа импульсов. С выхода блока вычисления объёма жидкости 4 сформированное значение объёма жидкости поступает на соответствующий информационный вход блока умножения 6. Измеритель плотности жидкости 8 формирует значения величины плотности жидкости. На выходе измерителя плотности жидкости 8 постоянно находится последнее сформированное значение плотности жидкости. С выхода измерителя плотности жидкости 8 сформированное значение плотности жидкости поступает на соответствующий информационный вход блока умножения 6.
Перед началом закачки жидкости включают блок управления 7. Блок управления 7 передаёт сигнал (команду) суммирующему счётчику 3 о сбросе суммирующего счётчика (начале нового отсчёта импульсов). Блок управления 7 передаёт сигнал (команду) блоку умножения 6 о перемножения показаний. Блок управления 7 передаёт сигнал (команду) сумматору массы жидкости 5 о сложении значения, поступившего на информационный вход сумматора массы жидкости 5, с накопленным значением за время предыдущих циклов сложения. Эти сигналы согласованы блоком управления 7 таким образом, что сброс суммирующего счётчика 3 выполняют с обеспечением перемножения накопленных показаний в блоке умножения 6. Очередной цикл сложения в сумматоре массы жидкости 5 происходит после перемножения значений в блоке умножения 6. С целью уменьшения ошибки измерения, выбирают наименьший период, за который измеритель плотности 8 делает одно измерение с тем, чтобы обеспечить достаточную скорость определения плотности по отношению к скорости её изменения.
Блок умножения 6 получает от блока вычисления объёма жидкости 4 значения величины объёма жидкости, прошедшей по трубопроводу 10, и от измерителя плотности жидкости 8 значения величины плотности жидкости в очередной момент времени. Блок умножения 6 получает сигнал от блока управления 7 и перемножает полученные показания. В результате перемножения показаний получают значение величины массового расхода жидкости, прошедшей по трубопроводу 10 за период времени одного цикла вычисления, установленного блоком управления. Время одного цикла - это время, например, между последовательными сигналами блока управления 7 блоку умножения 6. Блок умножения 6 передаёт результат перемножения показаний сумматору массы жидкости 5.
Сумматор массы жидкости 5 получает данные от блока умножения 6 о значении величины массового расхода жидкости, прошедшей по трубопроводу 10 за последний завершённый цикл вычисления. Сумматор массы жидкости 5 получает сигнал (команду) от блока управления 7 о сложении значения, поступившего на информационный вход сумматора массы жидкости 5, с накопленным значением за время предыдущих циклов сложения. В результате суммирования получают значения величины массового расхода жидкости, прошедшей по трубопроводу 10, за время всех циклов сложения. Также это время соответствует времени прокачки жидкости.
В результате данное устройство позволяет осуществить измерение массы прокачанной по трубопроводу 10 жидкости, например, топлива, заправленного в самолёт или иной объект.
Таким образом, выполнение устройства описанным выше образом обеспечивает повышение точности определения массового расхода жидкости за счёт введения сумматора массы жидкости 5 с соответствующим входом, соединённым с выходом блока умножения 6, а также с соответствующим входом, соединённым с выходом блока управления 7. Это связано с реализацией суммирования значений величины массового расхода жидкости, прошедшей по трубопроводу 10, за время прокачки жидкости.