Теплобульбашковий витратомір

Реферат: Теплобульбашковий витратомір складається з датчика витрати рідини, що містить корпус із співвісними вхідним і вихідним патрубками, каналу по напрямку руху рідини. Канал у корпусі, який під'єднаний до вхідного і вихідного патрубків, складається з трьох ділянок, а саме вхідної частини каналу, яка звужується від вхідного патрубка до термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу, безпосередньо термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу і нетермоізольованої вихідної ділянки каналу до вихідного патрубка, яка виконує функції охолоджувача, причому на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу розташований точковий нагрівальний елемент, виконаний у вигляді електричного дроту високого електричного опору, який розташований перпендикулярно потоку рідини, а у кінці термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу розташована оптична система, сформована парою щілинний світлодіод і щілинний фотодіод, а також блок електронного керування, який з'єднаний з блоком електричних імпульсів, що керує роботою точкового нагрівального елемента, блока підсилювача електричного сигналу від щілинного фотодіода, з'єднаного з блоком електронного керування, блока узгодження, з'єднаного з блоком електронного керування, блоком оперативної індикації, з'єднаного з блоком узгодження, та блока живлення, з'єднаного з усіма електронними компонентами та блоками витратоміра. UA 84855 U (54) ТЕПЛОБУЛЬБАШКОВИЙ ВИТРАТОМІР UA 84855 U UA 84855 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі приладобудування і контрольно-вимірювальної техніки, а саме для вимірювання об'єму рідин шляхом пропускання його через вимірювальний прилад неперервним потоком з використанням теплового ефекту, і може бути використана для поточного безперервного вимірювання миттєвої і сумарної витрати рідини, зокрема палива, наприклад автомобільного бензину чи дизельного палива при роботі автомобільного двигуна з оцифруванням сигналу на виході для оперативного контролю витрат автомобільних палив в лабораторних і реальних дорожніх експлуатаційних умовах, зокрема на заправних станціях під час заправки, безперервного вимірювання миттєвої і сумарної витрати палива безпосередньо на автомобілі чи іншому транспортному засобі при роботі двигуна внутрішнього згорання, можливо використання пристрою для оперативного контролю витрат автомобільного палива водієм на автомобілі під час руху з видачею інформації про миттєву і сумарну витрату бензину чи дизельного пального водієві в аналоговій чи цифровій формах, чи для подачі інформації в електронні аналогові чи цифрові на базі бортових автомобільних комп'ютерів системи керування паливоподачею чи паливо-повітряною сумішшю, та під час діагностування систем живлення і запалювання двигунів. Відомі пристрої для оцінки витрат рідші [1-8], у тому числі і автомобільних палив, засновані на різних принципах. Їх основним недоліком є спеціалізація на визначенні параметра витрат у дуже вузькому діапазоні, невисока точність, суттєвий вплив на точність зовнішніх чинників і умов проведення вимірювань, найчастіше одні з них спеціалізовані на вимірюванні миттєвих витрат, а інші призначені для вимірювання сумарних витрат, комбіновані системи складні і ненадійні. Витратоміри, які мають достатню точність дуже громіздкі, потребують великих проміжків часу для проведення одиничних вимірів, що не дозволяє або дуже ускладнює їх використання в натурних умовах за межами лабораторії на реальних об'єктах, а малогабаритні прилади мають низьку точність, дуже чутливі до умов проведення вимірювань і складу контрольованого пального, що теж унеможливлює їх застосування як датчиків оперативного контролю витрат автомобільних палив водієм чи у автоматизованих системах керування випередження двигунами реальних автомобілів у натурних дорожніх умовах [1-8]. Також, відомий вибраний за прототип ДАТЧИК ВИТРАТИ РІДИНИ, патент RU 2035720, номер заявки: 5030016/25, дата подачі заявки: 28.02.1992, дата публікації: 20.05.1995, автори Івашкін А.А. і Конарєв В.П. [9], у якому датчик витрати рідини, що містить корпус з співвісними вхідним і вихідним патрубками, мікротурбінку з парним числом лопатей, розміщених рівномірно по утворюючій, встановленій в опорах співвісно з патрубками, а також вузол знімання інформації, що включає оптично зв'язані між собою джерело випромінювання та фотоприймач з світлопрозорими елементами, що відрізняється тим, що джерело випромінювання та фотоприймач встановлені співвісно з діаметрально протилежних боків вала мікротурбінки в отвори, виконані в корпусі, вихід отвору з встановленим у ньому джерелом випромінювання виконаний у вигляді зрізаного конуса, менша основа якого повернена в сторону вала мікротурбінки, джерело випромінювання та фотоприймач оптично зв'язані між собою за допомогою отворів, виконаних радіально в валу мікротурбінки між лопатями з їх числа, площа поперечного перерізу, укладена між внутрішньою порожниною корпусу і поверхнею вала мікротурбінки, виконана рівновеликою площі поперечного перерізу вхідного та вихідного патрубків, світлопрозорі елементи джерела випромінювання та фотоприймача суміщені і виконані у вигляді єдиного світлопрозорого кільця з внутрішнім діаметром, рівним внутрішньому діаметру корпусу, встановленого в пазу, виконаному на внутрішній поверхні корпусу симетрично щодо осі джерела випромінювання та фотоприймача. Його недоліком є вузька зона застосованості, тобто він призначений лише для виміру тільки певних витрат рідин, бо при малих витратах механічні втрати у турбінці не дають їй можливості обертатись, а при великих витратах оберти турбінки обмежені, він може працювати фактично лише у лабораторних умовах, так як показники залежать від зовнішніх факторів, таких як температура, тиск, забрудненість пального, вібрації реальних двигунів і автомобілів у дорожніх умовах. Його експлуатація в натурних умовах можлива лише в дуже обмеженій області, безпосередньо пов'язаній з його спеціалізованим призначенням. Йому, як і іншим відомим методам і пристроям-аналогам притаманні недоліки, які роблять неможливим досягнення очікуваного технічного результату. Це суттєво низька чутливість, точність і швидкодія виміру, ускладнена методика проведення замірів, конструкції приладів дорогі, важко піддаються налагоджуванню і таруванню, ненадійні, їх фактично неможливо використовувати на реальних автомобілях в реальних дорожніх умовах як датчики для керування роботою автомобільних двигунів і для оперативного контролю витрат пального водієм. В основу корисної моделі поставлена задача розширення функціональних можливостей і зручності роботи з пристроєм, у якому введення нових конструктивних елементів та зв'язків 1 UA 84855 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечувало б створення універсального пристрою, придатного до використання на автомобілях в реальних експлуатаційних умовах як датчиків систем керування двигуном і оперативного контролю витрат автомобільного пального водієм та його обліку, у тому числі і на заправних станціях, у випадках проведення оціночних експрес-вимірів на місцях роботи об'єктів, а також для забезпечення простоти і швидкості роботи з пристроєм, що досягається нечутливістю конструкції до коливань температури, електромагнітних і звукових коливань, вітру, незначної вібрації і відсутністю прив'язки до вертикального положення, тобто легкістю закріплення і можливістю роботи з пристроєм, закріпленим у нахиленому чи перевернутому положенні, підвищити чутливість, швидкодію, роздільну здатність та точність вимірювання і здешевити конструкцію, що і визначило розробку конструкції запропонованого пристрою. Суть корисної моделі полягає у тому, що поставлена задача вирішується тим, що в датчику витрати рідини, що містить корпус із співвісними вхідним і вихідним патрубками і вузол знімання інформації, що включає оптично зв'язані між собою джерело випромінювання та фотоприймач, згідно з корисною моделлю, канал у корпусі, який під'єднаний до вхідного і вихідного патрубків складається з трьох частин, а саме вхідної перехідної частини, яка звужується від вхідного патрубка до термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки, безпосередньо термоізольованої вимірювальної ділянки каналу невеликого перерізу і нетермоізольованої вихідної перехідної частини від термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки до вихідного патрубка, який виконує функції охолоджувача, оптичної системи, сформованої парою щілинний світлодіод і щілинний фотодіод, розташованих перпендикулярно потоку рідини у кінці термоізольованої вимірювальної ділянки термоізольованого вимірювального невеликого перерізу каналу у корпусі, він додатково містить нагрівальний елемент, виконаний у вигляді електричного дроту високого електричного опору, розташованого перпендикулярно потоку рідини на початку термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки каналу, який живиться від блока електричних імпульсів, блок підсилювача електричного сигналу від щілинного фотодіода, з'єднаного з цим блоком, блока електронного керування, з'єднаного з блоком електричних імпульсів і блоком оперативної індикації, і блока узгодження, з'єднаного з блоком оперативної індикації, а також блока живлення, з'єднаного зі щілинним світлодіодом, блоком підсилювача електричного сигналу від щілинного фотодіода, блоком електронного керування, блоком електричних імпульсів, блоком оперативної індикації і блоком узгодження, забезпечуючи їх живлення електричним струмом. Це дає змогу добитись формування теплової парової бульбашки у вимірювальній рідині точковим нагрівальним елементом, виконаним у вигляді електричного дроту високого електричного опору, розташованого перпендикулярно потоку рідини на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу, яка починає рухатись термоізольованою невеликого перерізу вимірювальною ділянкою каналу, параметри руху якої по термоізольованій невеликого перерізу вимірювальній дільниці каналу будуть зафіксовані оптичною системою, сформованою парою щілинний світлодіод і щілинний фотодіод, розташованих перпендикулярно потоку рідини у кінці термоізольованої вимірювальної ділянки термоізольованого вимірювального невеликого перерізу каналу у корпусі, і з урахуванням того, що швидкість руху бульбашки у каналі пропорційна миттєвій витраті рідини, а їх кількість пропорційна сумарній витраті рідини, оброблені блоком підсилювача електричного сигналу від щілинного фотодіода, блоком електронного керування, будуть відображені блоком оперативної індикації, причому блок електронного керування при проходженні бульбашки через оптичну систему надасть команду блоку електричних імпульсів на формування наступної бульбашки, а блок узгодження при необхідності передасть сигнал про витрати рідини іншим системам транспортного засобу чи двигуна, а при подальшому проходженні газової бульбашки по нетермоізольованій вихідній перехідній частині від термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки до вихідного патрубка, яка виконує функції охолоджувача, насичена пара у газовій бульбашці сконденсується, і потік рідини знову стане однорідним, що дозволяє отримати високу чутливість схеми вимірювання, підвищує точність, роздільну здатність і швидкодію, система не має ненадійних механічних елементів, що рухаються і мають обмежений ресурс, система вимірювання стає нечутливою до забрудненості вимірювальної рідини. На кресленні представлена принципова блок-схема термобульбашкового витратоміра, де: 1 - датчик витрати рідини; 2 - корпус із співвісними вхідним 3 і вихідним 4 патрубками; 3 - вхідний патрубок; 4 - вихідний патрубок; 5 - канал, який по осі 6 каналу і відповідно напрямку руху рідини 7 складається з трьох ділянок 8, 9, 10; 2 UA 84855 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6 - вісь каналу 5; 7 - напрямок руху рідини; 8 - вхідна частина каналу 5, яка звужується від вхідного патрубка 4 до термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу 9; 9 - термоізольована вимірювальна ділянка каналу 5 невеликого перерізу; 10 - нетермоізольована вихідна перехідна ділянка каналу 5 від термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки 9 до вихідного патрубка 4, яка виконує функції охолоджувача; 11 - точковий нагрівальний елемент, виконаний у вигляді електричного дроту високого електричного опору, розташованого перпендикулярно потоку рідини; 12 - оптична система; 13 - щілинний світлодіод; 14 - щілинний фотодіод; 15 - світловий потік від щілинного світлодіода 13 до щілинного фотодіода 14; 16 - положення парової бульбашки вимірювальної рідини після її формування точковим нагрівальним елементом 11; 17 - положення парової бульбашки вимірювальної рідини перед її фіксацією оптичною системою 12; 18 - положення парової бульбашки вимірювальної рідини перед її розсіюванням в нетермоізольованій вихідній ділянці каналу 5 від термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки 9 до вихідного патрубка 4, яка виконує функції охолоджувача; 19 - блок електронного керування; 20 - блок електричних імпульсів; 21 - блок підсилювача електричного сигналу від щілинного фотодіода 14; 22 - блок узгодження; 23 - блок оперативної індикації; 24 - блок живлення. Теплобульбашковий витратомір складається з датчика витрати рідини 1, що містить корпус 2 із співвісними вхідним 3 і вихідним 4 патрубками, каналу 5, який по осі 6 каналу 5 відповідно напрямку руху рідини 7, згідно з корисною моделлю, канал 5 у корпусі 2, який під'єднаний до вхідного 3 і вихідного 4 патрубків, складається з трьох ділянок 8, 9, 10, а саме вхідної частини 8 каналу 5, яка звужується від вхідного патрубка 4 до термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5, безпосередньо термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5 і нетермоізольованої вихідної ділянки 10 каналу 5 від термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки 9 до вихідного патрубка 4, яка виконує функції охолоджувача, згідно з корисною моделлю додатково містить точковий нагрівальний елемент 11, виконаний у вигляді електричного дроту високого електричного опору, який розташований перпендикулярно потоку рідини на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5, оптичну систему 12, сформовану парою - щілинний світлодіод 13 і щілинний фотодіод 14, розташованих у кінці термоізольованої вимірювальної ділянки 9 каналу 5 у корпусі 2, таким чином, що світловий потік 15 від щілинного світлодіода 13 до щілинного фотодіода 14 іде перпендикулярно осі 6 каналу 5 і відповідно перпендикулярно напрямку руху рідини 7 у кінці термоізольованої вимірювальної ділянки 9 каналу 5 у корпусі 2, а також блок електронного керування 19, який з'єднаний з блоком електричних імпульсів 20, що керує роботою точкового нагрівального елемента 11, виконаного у вигляді електричного дроту високого електричного опору, який розташований перпендикулярно потоку рідини на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5, блоком підсилювача електричного сигналу 21 від щілинного фотодіода 14, блоком узгодження 22, блоком оперативної індикації 23, причому блок живлення 24, що з'єднаний з усіма електронними компонентами та блоками витратоміра, забезпечує живлення усіх елементів витратоміра електричним струмом. Теплобульбашковий витратомір працює таким чином. Потік рідини, витрату якої потребує вимірювання по напрямку руху рідини 7 потрапляє через вхідний 3 патрубок корпусу 2 датчика витрати рідини 1 у вхідну частину 8 каналу 5, яка звужується від вхідного патрубка 4 до термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5. Рухаючись по осі 6 каналу 5 рідина проходить точковий нагрівальний елемент 11, виконаний у вигляді електричного дроту високого електричного опору, який розташований перпендикулярно потоку рідини на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5, оптичну систему 12, сформовану парою щілинний світлодіод 13 і щілинний фотодіод 14, розташованих у кінці термоізольованої вимірювальної ділянки 9 каналу 5 у корпусі 2, таким 3 UA 84855 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чином, що світловий потік 15 від щілинного світлодіода 13 до щілинного фотодіода 14 іде перпендикулярно осі 6 каналу 5 і відповідно перпендикулярно напрямку руху рідини 7 у кінці термоізольованої вимірювальної ділянки 9 каналу 5 у корпусі 2, потрапляє у нетермоізольовану вихідну перехідну ділянку 10 каналу 5 від термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки 9 до вихідного патрубка 4, яка виконує функції охолоджувача, охолоджуючись розсіюється, у положенні 18, а рідина через патрубок 4 виходить з корпусу 2 датчика витрати рідини 1. Блок електронного керування 19 видає команду блоку електричних імпульсів 20, що керує роботою точкового нагрівального елемента 11, виконаного у вигляді електричного дроту високого електричного опору, який розташований перпендикулярно потоку рідини на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5. Електричний імпульс миттєво нагріває точковий нагрівальний елемент 11 і на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки 9 каналу 5 формується парова бульбашка вимірювальної рідини 16, яка починає рухатись по напрямку осі 6 каналу 5. Цей самий імпульс запускає таймер і лічильник у блоці електронного керування 19. Коли теплова парова бульбашка вимірювальної рідини, рухаючись по напрямку осі 6 каналу 5, досягає положення 17 парової бульбашки вимірювальної рідини перед її фіксацією оптичною системою 12 і перетинає світловий потік 15 від щілинного світлодіода 13 до щілинного фотодіода 14 оптичної системи 12, розташованої у кінці термоізольованої вимірювальної ділянки 9 каналу 5 невеликого перерізу і перетинає його, щілинний фотодіод 14 формує імпульс, який підсилюється блоком підсилювача електричного сигналу 21 від щілинного фотодіода 14, і надходить на блок електронного керування 19, який зупиняє таймер, оцінюючи час проходження бульбашки через вимірювальну ділянку 9 каналу 5, що зворотно-пропорційне миттєвій витраті рідини, яка проходить через витратомір, остаточно підраховує лічильником блока керування сумарну кількість сформованих і зареєстрованих бульбашок, що пропорційна сумарній кількості рідини, що пройшла через витратомір, і знову видає команду блоку електричних імпульсів 20, що керує роботою точкового нагрівального елемента 11, на формування парової бульбашки вимірювальної рідини 16, яка починає рухатись по напрямку осі 6 каналу 5, процес повторюється. Інформація таймера і лічильника блока електронного керування 19 через блок узгодження 22 подається для оперативної індикації блоком оперативної індикації 23 чи на інші системи. Блок живлення 24, що з'єднаний з усіма електронними компонентами та блоками витратоміра, забезпечує живлення усіх елементів витратоміра електричним струмом. Парова бульбашка потрапляє у нетермоізольовану вихідну перехідну ділянку 10 каналу 5 від термоізольованої вимірювальної невеликого перерізу ділянки 9 до вихідного патрубка 4, яка виконує функції охолоджувача, охолоджуючись розсіюється у положенні 18, а рідина через патрубок 4 виходить з корпусу 2 датчика витрати рідини 1. Теплобульбашковий витратомір дає змогу отримувати інформацію у цифровому коді, що уможливлює використання його для подальшого подання на цифрове табло, бортовий комп'ютер автомобіля або в електронно-обчислювальну машину для аналізу і опрацювання через блок узгодження 22. Використання полімерів, алюмінієвих, магнієвих, бронзових сплавів та немагнітної нержавіючої сталі для корпусів і елементів теплобульбашкового витратоміра, а також електронних компонентів і схем великого ступеня інтегрованості типу мікропроцесорів, забезпечує швидкодію, точність вимірювання, низьку вартість виробу. Його геометричні параметри дозволяють застосовувати його на автомобілях, для контролю витрат палива в реальних дорожніх умовах і для контролю складу суміші на усіх режимах роботи двигунів внутрішнього згорання двигунів транспортних засобів. Джерела інформації: 1. Кремлевский П.П., Расходомеры и счетчики количества, Справочник. - Л.: Машиностроение, 1989. - С. 476. 2. Авторское свидетельство SU 233236 А, 09.04.1969. - аналог. 3. Авторское свидетельство SU 855401 А1, 25.08.1981. - аналог. 4. Авторское свидетельство SU 1084610 А1, 07.04.1984. - аналог. 5. Авторское свидетельство SU 1456789 А1, 07.02.1989. - аналог. 6. Авторское свидетельство SU 1783303 Тепловой измеритель количества молока, Бюл. № 47, 1992. - аналог. 7. Патент RU 2182319 С2. ТЕПЛОСЧЕТЧИК-РАСХОДОМЕР. Номер заявки: 97118382/28. Дата подачи заявки: 05.11.1997. Дата публикации: 10.05.2002. Баталов С.С; Черепанов В.Я. Патентообладатель: Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии - аналог. 4 UA 84855 U 5 8. Заявка RU 2003101739/28, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА. Баталов С.С. (RU), Черепанов В.Я. (RU). Дата подачи заявки 2003.01.21. Дата публикации заявки 2004.07.27. Страна публикации RU, номер публикации 2247330, дата публикации 2005.02.27. - аналог. 9. Патент RU 2035720. ДАТЧИК РАСХОДА ЖИДКОСТИ. Номер заявки: 5030016/25. Дата подачи заявки: 28.02.1992. Дата публикации: 20.05.1995. Ивашкин А.А.; Конарев В.П. -прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 Теплобульбашковий витратомір, який складається з датчика витрати рідини, що містить корпус із співвісними вхідним і вихідним патрубками, каналу по напрямку руху рідини, який відрізняється тим, що канал у корпусі, який під'єднаний до вхідного і вихідного патрубків, складається з трьох ділянок, а саме вхідної частини каналу, яка звужується від вхідного патрубка до термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу, безпосередньо термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу і нетермоізольованої вихідної ділянки каналу до вихідного патрубка, яка виконує функції охолоджувача, причому на початку термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу розташований точковий нагрівальний елемент, виконаний у вигляді електричного дроту високого електричного опору, який розташований перпендикулярно потоку рідини, а у кінці термоізольованої невеликого перерізу вимірювальної ділянки каналу розташована оптична система, сформована парою щілинний світлодіод і щілинний фотодіод, таким чином, що світловий потік від щілинного світлодіода до щілинного фотодіода іде перпендикулярно осі каналу і відповідно перпендикулярно напрямку руху рідини, а також блок електронного керування, який з'єднаний з блоком електричних імпульсів, що керує роботою точкового нагрівального елемента, блока підсилювача електричного сигналу від щілинного фотодіода, з'єднаного з блоком електронного керування, блока узгодження, з'єднаного з блоком електронного керування, блоком оперативної індикації, з'єднаного з блоком узгодження, та блока живлення, з'єднаного з усіма електронними компонентами та блоками витратоміра. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5