ДАТЧИК РАСХОДА

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно: к первичным преобразователям (датчикам) расхода газообразных веществ, и может быть использована для учёта потребления, например, сжатого воздуха, пара, углеводородных газов и т. п. при их транспортировке по трубопроводам.
Общеизвестна конструкция датчика 1, состоящая из встраиваемого в трубопровод проточного корпуса, в канал которого консольно выступает тело обтекания, преимущественно в виде размещённой перпендикулярно оси канала (и потока) призмы, которая вибрирует в направлении перпендикулярном к потоку под влиянием пульсации давлений на её боковых сторонах. Сигналом датчика о величине расхода является частота вибраций тела обтекания в потоке, которая регистрируется и передаётся на измерительный прибор путём трансформации изгибных напряжений соответствующий электрический сигнал, например с помощью тензо- или пьезоэлементов, встроенных в тело обтекания.
Известная конструкция датчика обеспечивает его нечувствительность к паразитным вибрациям тела обтекания от какихлибо внешних механических воздействий, но только при паразитных вибрациях в направлении движения потока. Однако она не позволяет исключить или существенно уменьшить влияние вибраций другой ориентации на формируемый датчиком информационный сигнал, то есть помехозащищённость датчика не достаточно.
ДАТЧИК РАСХОДА
ДРГ.М (в дальнейшем датчик расхода), входящий в состав счетчика газа вихревого 2 СВГ (№ 13489-00 в Госреестре средств измерений РФ) по техническим условиям ТУ 39-0148346-001-92 и предназначенный для измерения расхода газа и пара в трубопроводах. Работа датчика основана на зависимости частоты пульсаций давления, возникающих в потоке за телом обтекания в процессе вихреобразования, от расхода измеряемой среды в трубопроводе.
Датчик расхода состоит из проточного корпуса и тела обтекания в виде трапецеидальной призмы, жёстко закреплённой в канале корпуса перпендикулярно его оси и двух пьезоэлектрических датчиков, которые диаметрально противоположно друг другу размещены в корпусе заподлицо с поверхностью канала за телом обтекания по разные стороны от последнего.
К одному из основных недостатков этого датчика расхода следует отнести то, что информационный сигнал о расходе так же существенно искажают внешние акустические и вибрационные воздействия, создаваемые различными источниками: насосами и компрессорами, местными сопротивлениями, недостаточно закреплёнными (и поэтому вибрирующими) участками трубопроводов т. д., которые оказывают вредное влияние на выходной сигнал каждого из пьезоэлектрических датчиков. Определенные трудности возникают также и при измерении расхода пара, так как образующийся иногда конденсат (в виде пристеночной плёнки жидкости) блокирует пьезоэлектрические датчики, искажая и(или) значительно уменьшая сигнал каждого из них.
Таким образом, цель создания заявляемой конструкции датчика расхода (иначе - требуемый технический результат) заключается в обеспечении известному техническому рещению более высоких потребительских свойств, а именно: в уменьщении зависимости сигнала датчика расхода от акустических и вибрационных помех, в повышении
его (сигнала) стабильности и информативности показаний датчика расхода.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном датчике расхода, согласно прототипу, содержащем сквозной корпус с прямолинейным каналом и тело обтекания в виде трапецеидальной равнобокой призмы, жёстко закреплённое концами в корпусе и расположенное в диаметральной плоскости перпендикулярно оси канала, а также, как минимум, два пьезоэлектрических датчика с электровыводами (за пределы корпуса) каждый, причём оба пьезоэлектрических датчика встроены в корпус за телом обтекания (по ходу потока), размещены противоположно один другому и симметрично диаметральной плоскости расположения тела обтекания с возможностью непосредственного контактирования с измеряемым потоком, каждый из пьезоэлектрических датчиков встроен в соответствующее боковое отверстие корпуса посредством жёстко охватывающей его втулки с кольцевой отбортовкой, контактирующей с корпусом и соединённой (омоноличенной) с ним посредством, например сварного шва, при этом в зазоре между поверхностью отверстия корпуса и втулки, конструктивно обусловленном размером отбортовки втулки, размещён пластичный высоковязкий материал, например типа фторопласта или композита на его основе. Дополнительным отличием заявляемого датчика расхода является то, что каждый из пьезоэлектрических датчиков выступает (со втулкой) внутрь канала корпуса на конструктивно заданную величину 5, определяемую из соотношения, мм:
5  5  Г, - Л
и - и -  k /2
и - ширина стороны тела обтекания, обращённой навстречу
потоку.
На фигуре 1 приведен (схематично) общий вид датчика расхода; на фигуре 2 - выносной элемент I из фигуры 1.
Датчик расхода состоит из (смотри фиг. 1) сквозного корпуса 1 с прямолинейным каналом 2, внутри которого размещены тело обтекания 3 и два пьезоэлектрических датчика 4 и 5 с электровыводами 6 и 7 соответственно, расположенных симметрично продольной оси тела обтекания; каждый из пьезоэлектрических датчиков расположен внутри втулки (позиции 8 и 9 соответственно). Каждая из втулок в верхней своей части снабжена отбортовкой 10 (см. фиг. 2), крепится к корпусу 1 например посредством сварного шва 11 и в зазоре 12 между корпусом и втулкой каждого пьезоэлектрического датчика помещён пластичный высоковязкий материал 13 типа фторопласта или композита на его основе. Пьезоэлектрический датчик (каждый в отдельности) установлен внутри втулки на уступе 14 и закреплён с помощью резьбового элемента 15; уплотнительное кольцо 16 из мягкого металла обеспечивает герметичность установки пьезоэлектрического датчика внутри втулки. Два электровывода, 6 и 7, пьезоэлектрических датчиков пропущены внутри полой стойки и поступают в электронный измерительный блок, жестко закрепленный на конце полой стойки (на фиг. 1 и 2 дополнительно изображены, но отдельными позициями не показаны). На фиг. 1 и 2 дополнительно обозначены, к тому же, щирина стороны тела обтекания 3, обращённая навстречу потоку «а, радиус канала корпуса , величина выдвижения каждого из пьезоэлектрических датчиков внутрь канала корпуса «5 и диаметральная плоскость «О-О расположения тела обтекания в корпусе.
Датчик расхода устанавливают (смотри фиг. 1) в виде вставки в трубопровод соединением типа «сандвич с помощью двух фланцев 17 и необходимого количества шпилек 18, с уплотнениями 19.
Работает датчик по известному принципу: при обтекании потоком с обеих сторон тела обтекания 2 попеременно возникают срывающиеся вихри (создавая так называемую вихревую дорожку Кармана). Пульсации давления в дорожке Кармана воспринимаются пьезоэлектрическими датчиками 4 и 5, преобразуются каждым из них в электрический сигнал и далее поступают на обработку и вычисление расхода в электронный измерительный блок и представляются пользователю в виде соответствующего показания в стандартных единицах измерения расхода.
Как выяснилось в ходе сравнительных и экспериментальных работ, заявленный датчик расхода, как совокупность существенных признаков (в том числе и отличительных), обеспечивает требуемый технический результат при использовании, соответствует критериям «полезной модели по сущности технического решения при сравнении его с современной (известной) конструкцией датчика-прототипа и с его потребительскими свойствами, и в связи с вышеизложенным предлагается к защите соответствующим охранным документом (свидетельством) РФ.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ:
1.П. П. Кремлевский, «Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Л., Мащиностроение, 1989, с. 367.