Витратомір

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения расхода жидкости и газа. Может быть применено в трубах малого диаметра (Dy =10мм и выше). Устройство также применимо для измерения расхода высоковязких и загрязненных жидких или газообразных сред. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является расходомер, содержащий тело обтекания в виде плоской пластины, жестко связанную с телом обтекания ось повеса, козырек и ограничитель перемещения тела обтекания, механический преобразователь перемещения тела, который жестко связан с осью подвеса. Недостатком расходомера является низкая надежность и низкая чувствительность. В этом устройстве ось подвеса тела обтекания жестко связана с преобразователем поворота тела обтекания, поэтому необходимо выводить ось подвеса тела обтекания сквозь стенки трубопровода, что нарушает его герметичность и снижает надежность. Герметизация этого вывода увеличивает трение в оси подвеса тела обтекания и приводит к дополнительным погрешностям, особенно при малых расходах жидкости или газа (до 10-15% от максимального значения шкалы прибора). В процессе данного расходомера при сходе потока с тела обтекания возникают срывы крупномасштабных вихрей. Это приводит к возникновению вибраций и автоколебаниям лопасти, что вызывает разрушение механических узлов крепления оси подвеса лопасти и разгерметизацию мест ее вывода за пределы измерительного участка трубопровода. Наличие герметизации места вывода оси подвеса лопасти за пределы трубопровода делает невозможным эксплуатацию расходомера на трубопроводах, характеризующихся высоким давлением или кратковременными скачками давлений. В основу изобретения поставлена задача создать расходомер в котором путём выполнения поворотного тела обтекания в виде объемной геометрической фигуры со смещенным центром тяжести, и подвешенного на оси подвеса, не выходящей за пределы измерительного участка трубопровода, и введения схемы измерения, не вращающейся вместе с телом, обеспечивается полное уравновешивание действующего и противодействующего моментов, отсутствие автоколебаний и вибраций тела обтекания и, таким образом, обеспечивается возможность применения расходомера с нулевого значения расхода измеряемой жидкости, и повысить надежность и чувствительность измерений. Поставленная задача достигается тем, что в расходомере, содержащем корпус, который является измерительным участком трубопровода, внутри которого на оси подвеса расположено поворотное тело обтекания, и схему измерения, расположенную на корпусе расходомера, согласно изобретению, поворотное тело обтекания выполнено в виде объемной геометрической фигуры, с центром тяжести, смещенным грузовой вставкой, изготовленной из материала, плотность которого больше на 5-100% плотности материала из которого изготовлено поворотное тело обтекания, причем отношение высоты расположения грузовой вставки к высоте тела обтекания составляет 0,035 -0,175, при этом тело обтекания свободно подвешено на оси подвеса, которая жестко закреплена в пределах измерительного участка трубопровода, и отношение высоты оси подвеса к высоте поворотного тела обтекания равно 0,04 - 0,8, причем расходомер снабжен индуктивными датчиками, двумя автогенераторами, схемой вычитания частот, частотным детектором и цифровым индикатором, при этом два индуктивных датчика включены в схемы двух автогенераторов, причем выход первого автогенератора подключен к первому входу схемы вычитания частот, а также к первому входу частотного детектора, а выход второго автогенератора подключен ко второму входу схемы вычитания частот, а также ко второму входу частотного детектора, выход которого подключен ко входу изменения направления счета счетчика, а выход схемы вычитания частот подключен к счетному входу счетчика, выход которого подсоединен ко входу цифрового индикатора. Целесообразно, чтобы поворотное тело обтекания было выполнено в виде объемной геометрической фигуры, имеющей в поперечном сечении конфигурацию четырехугольника, у которого стороны попарно равны и отношение большей стороны к меньшей стороне равно 1,2 - 3,0. Поворотное тело обтекания может быть также выполнено в поперечном сечении в виде фигуры, состоящей из двух линий, образующих угол, ограниченный дугой окружности, при этом отношение диаметра окружности к высоте тела обтекания равно 0,01-0,5. Соблюдение указанных интервалов геометрических параметров (отношение высоты расположения грузовой вставки к высоте тела обтекания 0,035 - 0,175; отношение высоты оси подвеса к высоте тела обтекания 0,04 - 0,8, отношение большей стороны тела обтекания в виде четырехугольника к меньшей стороне 1,2 - 3,0; отношение диаметра окружности к высоте тела обтекания в другом варианте выполнения 0,01 - 0,5) и соотношения между плотностями материалов,, составляющее от 0,01 до 100%, из которых изготовлено поворотное тело обтекания и грузовая вставка, делает возможным получение заранее установленной зависимости между расходом измеряемой среды и выходным сигналом расходомера. Указанные интервалы геометрических параметров делают возможным техническое исполнение предлагаемого расходомера. В случае выхода за пределы указанных соотношений нарушается линейная зависимость между углом поворота и расходом измеряемой среды, что делает невозможным эксплуатацию расходомера. При нарушении геометрических параметров происходит изменение конструкции, что в свою очередь делает неприемлемым его технологическое исполнение. Сущность изобретения поясняется чертежами. Структурная схема заявляемого расходомера представлена на фиг. 1. На фиг. 2-а представлена конструкция механической части расходомера (разрез А-А фиг. 1) и на фиг. 2-6 показано поперечное сечение поворотного тела обтекания, выполненного в виде четырехугольника. Расходомер содержит корпус 1, внутри которого на оси подвеса 3 расположено поворотное тело обтекания 4, содержащее грузовую вставку 5, расположенные на внешних стенках измерительного участка индуктивные датчики 2 и 6, которые включены в схемы автогенераторов 7 и 8. Выход схемы вычитания частот соединен со счетным входом счетчика 11, а выход частотного детектора подключен ко входу изменения направления счета счетчика 11. Выход счетчика присоединен ко входу цифрового индикатора 12. Поворотное тело обтекания 4 представлено на фиг. 2-а и фиг. 2-б, выполнено в виде объемной геометрической фигуры, с центром тяжести, смещенным грузовой вставкой 5 из материала повышенной плотности, и отношение высоты расположения, грузовой вставки к высоте тела обтекания равно 0,035 - 0,175, при этом тело обтекания свободно подвешено на оси подвеса 3, которая жестко закреплена в пределах измерительного участка трубопровода 1, являющегося корпусом расходомера, и отношение высоты оси подвеса 3 к высоте поворотного тела обтекания равно 0,04 - 0,8. В первом варианте выполнения тело обтекания 4 имеет в поперечном сечении четырехугольник, у которого стороны попарно равны, причем одна пара намного меньше другой. Отношение большей стороны (а) к меньшей (б) может составлять от 1,2 до 3,0. Во втором варианте выполнения тело обтекания 4 в поперечном сечении представляет собой фигуру состоящую из двух линий, образующих угол, ограниченный дугой окружности (на фиг. 1 дуга показана пунктиром). Отношение диаметра окружности (d) к высоте тела обтекания (Н) может составлять от 0,01 до 0,5. Расположение оси подвеса 3 изменяется по высоте поворотного тела обтекания 4 (в направлении сверху вниз). Отношение высоты оси подвеса (h) фиг. 2-6 к высоте поворотного тела обтекания (Н) находится в пределах от 0,04 до 0,9. Устройство работает следующим образом: поток при движении по измерительной линии поступает в корпус 1. Под действием динамической силы потока происходит отклонение поворотного тела обтекания 4 от его начального равновесного положения. Сила тяжести грузовой вставки 5 является силой, противодействующей потоку. Перемещение грузовой вставки 5 относительно равновесного положения вызывает изменения индуктивностей датчиков 2 и 6, которые включены в схемы автогенераторов 7 и 8 соответственно. При повороте тела обтекания 4 от его начального равновесного положения, под действием движущегося потока измеряемой жидкости в направлении указанном на фиг. 1 индуктивность датчика 2 уменьшается, а частота импульсов на выходе генератора 7 увеличивается. При этом индуктивность датчика 6 увеличивается, а частота импульсов генератора 8 уменьшается. Сигналы обоих генераторов поступают на входы схемы вычитания частот 9, частота выходного сигнала которая пропорциональна величине отклонения поворотного тела обтекания и не зависит от направления отклонения поворотного тела обтекания. Импульсы с выхода схемы вычитания частот 9 поступают на счетный вход счетчика импульсов 11 и подсчитываются. Код на выходе счетчика пропорционален величине отклонения поворотного тела обтекания 4 от его начального равновесного положения и он поступает на цифровой индикатор 12, ни котором отображается величина измеряемого расхода. Сигналы генераторов 7 и 8 поступают также на входы частотного детектора 10 который сравнивает частоты генераторов 7 и 8 между собой. При повороте тела обтекания 4 в направлении, указанном на фиг. 1, частота генератора 7 выше частоты генератора 8, при этом частотный детектор 10 своим выходным сигналом, поступающим на вход изменения направления счета счетчика 11, разрешает суммирование импульсов в счетчике. При смене направления поворота тела обтекания от начального равновесного положения в сторону, противоположную направлению, указанному на фиг. 1, частота генератора 7 ниже частоты генератора 8. при этом частотный детектор своим выходным сигналом разрешает вычитание импульсов в счетчике 11. Код на выходе счетчика пропорционален величине отклонения поворотного тела обтекания 4 от его начального равновесного положения и он поступает на цифровой индикатор 12, на котором отображается величина измеряемого расхода. Таким образом, частотный детектор позволяет учесть направление движений измеряемого потока жидкости. Установленная грузовая вставка 5, позволяет: 1) значительно изменять вес поворотного тела обтекания, не ограничивая угол его поворота; 2) сместить центр тяжести тела, т.е. увеличить число противодействующего момента; 3) снизить величину вибрации тела обтекания; 4) увеличить диапазон измерения расходомера. Изменение метрологических характеристик (зависимость расход - угол отклонения тела обтекания выходной сигнал) и диапазона измерения прибора производится выбором определенного соотношения между формой, массой, геометрическими размерами и взаимным расположением поворотного тела обтекания и добавленной массы, а также выбором определенного значения геометрических параметров, характеризующих расположения центров тяжести поворотного тела обтекания и грузовой вставки относительно места установки оси подвеса тела обтекания. Форма, размеры и параметры тела обтекания, добавленной массы и оси подвеса поворотного тела обтекания выбраны эмпирически на основании теории подобия и теории обтекания тел ограниченным потоком.