EA 008884B1 20070831 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2007\TIT_PDF/008884 Титульный лист описания [PDF] EAPO2007/PDF/008884 Полный текст описания EA200600580 20051221 Регистрационный номер и дата заявки EAB1 Код вида документа [eab] EAB20704 Номер бюллетеня [RU] УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ Название документа G01F 1/075, G01F 15/06 Индексы МПК [BY] Сасин Павел Павлович Сведения об авторах [BY] ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "МАШИНЫ И ТЕХНОЛОГИИ Сведения о патентообладателях [BY] ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "МАШИНЫ И ТЕХНОЛОГИИ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000008884b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

1. Устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус датчика с измерительной полостью, крышкой, входным и выходным тангенциально направленными отверстиями, лопастную крыльчатку, установленную в измерительной полости с возможностью вращения, счетный прибор, элемент связи лопастной крыльчатки со счетным прибором и защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка, отличающееся тем, что элемент связи содержит бесконтактную магниточувствительную полупроводниковую пластинку Холла с формирователем считывающего сигнала, расположенные на наружном функционально-преобразовательном участке на отдельной печатной плате, закрепленной на прижимной гайке крышки, и магнит, расположенный на лопастной крыльчатке с возможностью взаимодействия его магнитного поля с магниточувствительной полупроводниковой пластинкой Холла через воздушный зазор и крышку из немагнитного материала, а счетный прибор выполнен в виде отдельного блока с возможностью его дистанционного расположения в удобном для обозрения месте и приема считывающего сигнала на большом расстоянии, причем магнит выполнен кольцевым многополюсным и установлен со стороны крышки на торцевой части ступицы лопастной крыльчатки концентрично жестко закрепленной на ней оси вращения с возможностью обеспечения самобалансировочного уравновешивания, а магниточувствительная полупроводниковая пластинка Холла помещена в выполненную на дополнительно введенном кольцевом магнитопроводе относительно ее магнитного поля радиальную щель, и этот магнитопровод расположен соосно с кольцевым многополюсным магнитом и закреплен на тыльной стороне упомянутой печатной платы, при этом формирователь считывающего сигнала расположен на лицевой стороне этой платы и содержит дифференциальный усилитель-преобразователь с входом, соединенным через вход формирователя с выходом магниточувствителыюй полупроводниковой пластинки Холла, и усилитель мощности с входом, соединенным с выходом дифференциального усилителя-преобразователя, и выходом, соединенным с выходом формирователя с возможностью создания для счетного прибора необходимого и достаточного считывающего сигнала, соответствующего измеряемому единичному объемному расходу жидкости и пропорционального углу поворота лопастной крыльчатки, определяемому выражением a =360 ° /n, где a - заданный угол поворота лопастной крыльчатки; n - количество пар полюсов на кольцевом магните; а счетный прибор включает в себя счетчик текущего объемного расхода жидкости с цифровым индикатором и кратностью показаний, равной измеряемому единичному объемному расходу жидкости, задатчик необходимого суммарного значения объемного расхода жидкости, элемент сравнения показаний счетчика и значений задатчика, элемент регулируемой задержки времени t1 на доводку финишного остатка, меньше кратности показаний счетчика, логический элемент И, логический элемент ИЛИ и два логических элемента НЕ, причем первый вход счетного прибора соединен с выходом формирователя считывающего сигнала и первым считывающим входом счетчика, второй вход через первый элемент НЕ соединен со вторым сбрасывающим входом счетчика и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, третий вход счетного прибора через второй элемент НЕ соединен с третьим входом элемента И, первый вход элемента сравнения соединен с выходом задатчика, второй вход - с выходом счетчика, а выход - через элемент регулируемой задержки времени t1 с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента И и выходом счетного прибора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось вращения лопастной крыльчатки выполнена игольчатой с возможностью размещения с одной стороны во втулке скольжения и взаимодействия с подпятником, запрессованным в крышке, а с другой стороны с подпятником, запрессованным в дно корпуса, свободный консольно выступающий конец которого помещен во втулку скольжения, запрессованную в противоположной торцевой части ступицы лопастной крыльчатки, при этом игольчатая ось вращения выполнена длиною немногим меньше расстояния между открытыми концами подпятников, а открытые контактные концы игольчатой оси вращения и соответствующих подпятников выполнены в виде опорных пар "конус-плоскость" с возможностью обеспечения точечного соприкосновения с минимально возможной контактной площадью, а также с незначительным сопротивлением и нагрузкой при вращении лопастной крыльчатки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось вращения лопастной крыльчатки, втулки скольжения и подпятники выполнены из износостойких материалов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка снабжен сальниковым выходом для подводящего кабеля, соединяющего формирователь считывающего сигнала с дистанционно расположенным счетным прибором, и двумя полукольцевыми охватывающими защитный кожух и корпус быстросъемными крепежными хомутами, соединенными по концам стяжными болтами.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между корпусом и крышкой, а также корпусом и защитным кожухом установлены уплотнительные кольца с возможностью обеспечения влагонепроницаемости на наружном функционально-преобразовательном участке.

 


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
Устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус датчика с измерительной полостью, крышкой, входным и выходным тангенциально направленными отверстиями, лопастную крыльчатку, установленную в измерительной полости с возможностью вращения, счетный прибор, элемент связи лопастной крыльчатки со счетным прибором и защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка, отличающееся тем, что элемент связи содержит бесконтактную магниточувствительную полупроводниковую пластинку Холла с формирователем считывающего сигнала, расположенные на наружном функционально-преобразовательном участке на отдельной печатной плате, закрепленной на прижимной гайке крышки, и магнит, расположенный на лопастной крыльчатке с возможностью взаимодействия его магнитного поля с магниточувствительной полупроводниковой пластинкой Холла через воздушный зазор и крышку из немагнитного материала, а счетный прибор выполнен в виде отдельного блока с возможностью его дистанционного расположения в удобном для обозрения месте и приема считывающего сигнала на большом расстоянии, причем магнит выполнен кольцевым многополюсным и установлен со стороны крышки на торцевой части ступицы лопастной крыльчатки концентрично жестко закрепленной на ней оси вращения с возможностью обеспечения самобалансировочного уравновешивания, а магниточувствительная полупроводниковая пластинка Холла помещена в выполненную на дополнительно введенном кольцевом магнитопроводе относительно ее магнитного поля радиальную щель, и этот магнитопровод расположен соосно с кольцевым многополюсным магнитом и закреплен на тыльной стороне упомянутой печатной платы, при этом формирователь считывающего сигнала расположен на лицевой стороне этой платы и содержит дифференциальный усилитель-преобразователь с входом, соединенным через вход формирователя с выходом магниточувствителыюй полупроводниковой пластинки Холла, и усилитель мощности с входом, соединенным с выходом дифференциального усилителя-преобразователя, и выходом, соединенным с выходом формирователя с возможностью создания для счетного прибора необходимого и достаточного считывающего сигнала, соответствующего измеряемому единичному объемному расходу жидкости и пропорционального углу поворота лопастной крыльчатки, определяемому выражением a =360 ° /n, где a - заданный угол поворота лопастной крыльчатки; n - количество пар полюсов на кольцевом магните; а счетный прибор включает в себя счетчик текущего объемного расхода жидкости с цифровым индикатором и кратностью показаний, равной измеряемому единичному объемному расходу жидкости, задатчик необходимого суммарного значения объемного расхода жидкости, элемент сравнения показаний счетчика и значений задатчика, элемент регулируемой задержки времени t1 на доводку финишного остатка, меньше кратности показаний счетчика, логический элемент И, логический элемент ИЛИ и два логических элемента НЕ, причем первый вход счетного прибора соединен с выходом формирователя считывающего сигнала и первым считывающим входом счетчика, второй вход через первый элемент НЕ соединен со вторым сбрасывающим входом счетчика и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, третий вход счетного прибора через второй элемент НЕ соединен с третьим входом элемента И, первый вход элемента сравнения соединен с выходом задатчика, второй вход - с выходом счетчика, а выход - через элемент регулируемой задержки времени t1 с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента И и выходом счетного прибора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось вращения лопастной крыльчатки выполнена игольчатой с возможностью размещения с одной стороны во втулке скольжения и взаимодействия с подпятником, запрессованным в крышке, а с другой стороны с подпятником, запрессованным в дно корпуса, свободный консольно выступающий конец которого помещен во втулку скольжения, запрессованную в противоположной торцевой части ступицы лопастной крыльчатки, при этом игольчатая ось вращения выполнена длиною немногим меньше расстояния между открытыми концами подпятников, а открытые контактные концы игольчатой оси вращения и соответствующих подпятников выполнены в виде опорных пар "конус-плоскость" с возможностью обеспечения точечного соприкосновения с минимально возможной контактной площадью, а также с незначительным сопротивлением и нагрузкой при вращении лопастной крыльчатки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось вращения лопастной крыльчатки, втулки скольжения и подпятники выполнены из износостойких материалов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка снабжен сальниковым выходом для подводящего кабеля, соединяющего формирователь считывающего сигнала с дистанционно расположенным счетным прибором, и двумя полукольцевыми охватывающими защитный кожух и корпус быстросъемными крепежными хомутами, соединенными по концам стяжными болтами.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между корпусом и крышкой, а также корпусом и защитным кожухом установлены уплотнительные кольца с возможностью обеспечения влагонепроницаемости на наружном функционально-преобразовательном участке.

 


008884
Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидкости путем пропускания ее через измерительные устройства непрерывным потоком с помощью вращающейся лопастной крыльчатки с электромагнитной связью со счетным прибором.
Известно устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус с измерительной полостью, крышкой, входным и выходным тангенциально направленными отверстиями, лопастную крыльчатку, установленную в измерительной полости с возможностью вращения, счетный прибор, элемент связи лопастной крыльчатки со счетным прибором и защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка [1].
В этом устройстве элемент связи выполнен в виде общей оси вращения для лопастной крыльчатки и механического счетного прибора с пятью кинематически связанными шестеренчатыми парами.
Это устройство имеет следующие недостатки.
Во-первых, ось вращения лопастной крыльчатки воспринимает значительное сопротивление и большую нагрузку за счет ее жесткой кинематической связи с пятью шестеренчатыми парами механического счетного прибора, что значительно снижает чувствительность, быстродействие и точность измерения устройства, ускоряет износ, ухудшает надежность его работы и уменьшает срок службы.
Во-вторых, конструктивное выполнение не исключает поступление жидкости из измерительной полости на функционально-преобразовательный участок через зазор между втулкой на крышке и общей осью лопастной крыльчатки и механического счетного прибора, что ухудшает надежность работы устройства.
В-третьих, большое количество механических узлов и деталей значительно усложняет конструкцию, ухудшает работоспособность устройства, затрудняет его наладку и условия обслуживания.
В-четвертых, большое количество механических узлов и деталей, кроме того, увеличивает массу и габариты устройства.
Известно устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус с измерительной полостью, крышкой, входным и выходным тангенциально направленными отверстиями, лопастную крыльчатку, установленную в измерительной полости с возможностью вращения, счетный прибор, элемент связи лопастной крыльчатки со счетным прибором и защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка [2].
В этом устройстве элемент связи выполнен в виде специальной магнитной муфты, состоящей из двух полумуфт: ведущей, расположенной в верхней части лопастной крыльчатки и находящейся в жидкости, и ведомой, расположенной в сухом пространстве наружного функционально-преобразовательного участка на механическом счетном приборе.
Это устройство также имеет недостатки.
Во-первых, ось вращения лопастной крыльчатки также воспринимает значительное сопротивление и большую нагрузку за счет ее кинематической связи с многочисленными шестеренчатыми парами механического счетного прибора через магнитные полумуфты, что снижает чувствительность, быстродействие и точность измерения устройства, ускоряет износ, ухудшает надежность работы и уменьшает срок его службы.
Во-вторых, большое количество механических узлов и деталей значительно усложняет конструкцию, ухудшает работоспособность устройства, затрудняет его наладку и условия обслуживания.
В-третьих, большое количество механических узлов и деталей увеличивает массу и габариты устройства.
Известно устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус с измерительной полостью, крышкой, входным и выходным тангенциально направленными отверстиями, лопастную крыльчатку, установленную в измерительной полости с возможностью вращения, счетный прибор, элемент связи лопастной крыльчатки со счетным прибором и защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка [3].
В этом устройстве элемент связи выполнен в виде магнита, установленного на лопастной крыльчатке, помещенной на стационарной консольно закрепленной на дне корпуса оси, и расположенного на функционально-преобразовательном участке геркона, связанного с входом электрического счетного прибора и взаимодействующего с магнитным полем упомянутого магнита.
Это устройство является самым близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.
Однако оно также имеет определенные недостатки.
Во-первых, примененный в элементе связи лопастной крыльчатки с электрическим счетным прибором геркон имеет недостаточно прочную хрупную стеклянную оболочку, очень чувствительную к резким сотрясениям и вибрациям, а его замыкающий и размыкающий контакты имеют незначительный ресурс включений, что снижает надежность работы устройства и значительно уменьшает срок его службы.
Во- вторых, для уравновешивания магнита на лопастной крыльчатке применяется противовес, что усложняет конструкцию и увеличивает массу устройства.
- 1 -
008884
В-третьих, предложенное размещение магнита и его взаимодействие с герконом обеспечивают не минимальную, а максимальную для счетного прибора кратность измерения расхода жидкости, соответствующую измеряемому разовому объемному расходу жидкости при повороте лопастной крыльчатки на 360° (полный оборот) и формированию одного считывающего сигнала, что снижает точность измерения устройства.
В-четвертых, свободное расположение лопастной крыльчатки на стационарно закрепленной оси приводит, особенно при всплытии крыльчатки, к взаимодействию расположенного в ее верхней части выступа с крышкой измерительной полости, но так как крышка изготавливается из недостаточно прочного материала, то в месте их соприкосновения происходит выработка, приводящая в дальнейшем к соприкосновению поверхностей вращающейся крыльчатки и стационарной крышки, а также к образованию в связи с этим больших сопротивлений и нагрузок, что ухудшает надежность работы, снижает точность измерения и уменьшает срок службы устройства.
В-пятых, поскольку это устройство, так же как и известные аналогичные устройства, предназначено для размещения его непосредственно на трубопроводе, и как правило, с затрудненным к нему доступом, то затрудняется также визуальное обозрение и съем показаний на цифровом индикаторе счетного прибора, размещенного совместно с устройством на его функционально-преобразовательном участке, что ухудшает условия обслуживания, усложняет ремонт и наладку устройства.
В-шестых, счетный прибор этого устройства, так же как и в известных аналогичных устройствах, выполнен с возможностью обеспечения только суммарного накопления показаний объемного расхода жидкости, и отсутствует возможность при необходимости сброса и возврата показаний в нулевое положение, а также отсутствует возможность автоматической фиксации и дистанционного информирования достижений необходимого суммарного показания объемного расхода жидкости, например, для диспетчерских пунктов или систем автоматического управления дозаторами и другими подобными средствами, что значительно ограничивает области применения устройства.
Задачами изобретения являются уменьшение сопротивлений и нагрузок на ось вращения лопастной крыльчатки, повышение чувствительности, быстродействия и точности измерения, улучшение условий обслуживания и надежности работы устройства, увеличение срока его службы, расширение функциональных возможностей и областей применения.
Эта задача решается тем, что в устройстве для измерения расхода жидкости, содержащем корпус датчика с измерительной полостью, крышкой, входным и выходным тангенциально направленными отверстиями, лопастную крыльчатку, установленную в измерительной полости с возможностью вращения, счетный прибор, элемент связи лопастной крыльчатки со счетным прибором и защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка, в соответствии с изобретением, элемент связи включает в себя бесконтактную магниточувствительную полупроводниковую пластинку Холла с формирователем считывающего сигнала, расположенные на наружном функционально-преобразовательном участке на отдельной печатной плате, которая закреплена на прижимной гайке крышки, и магнит, расположенный на лопастной крыльчатке с возможностью взаимодействия его магнитного поля с магниточувстви-тельной полупроводниковой пластинкой Холла через воздушный зазор, и крышку из немагнитного материала.
Счетный прибор выполнен в виде отдельного блока с возможностью его дистанционного расположения в удобном для обозрения месте и приема считывающего сигнала на большом расстоянии. Причем магнит выполнен кольцевым многополюсным и установлен со стороны крышки на торцевой части ступицы лопастной крыльчатки концентрично жестко закрепленной на ней оси вращения с возможностью обеспечения самобалансировочного уравновешивания. Магниточувствительная полупроводниковая пластинка Холла помещена в радиальную щель, выполненную на дополнительно введенном кольцевом маг-нитопроводе, с возможностью увеличения концентрации относительно ее магнитного поля. Этот магни-топровод расположен соосно с кольцевым многополюсным магнитом и закреплен на тыльной стороне упомянутой печатной платы. При этом формирователь считывающего сигнала расположен на лицевой стороне этой платы и содержит дифференциальный усилитель-преобразователь с входом, соединенным через вход формирователя с выходом магниточувствительной полупроводниковой пластинки Холла, и усилитель мощности с входом, соединенным с выходом дифференциального усилителя-преобразователя, и выходом, соединенным с выходом формирователя с возможностью создания для счетного прибора необходимого и достаточного считывающего сигнала, соответствующего измеряемому единичному объемному расходу жидкости и пропорционального углу поворота лопастной крыльчатки, определяемому выражением: a=360°/n, где a - заданный угол поворота лопастной крыльчатки; n - количество пар полюсов на кольцевом магните.
Счетный прибор включает в себя
счетчик текущего объемного расхода жидкостей с цифровым индикатором и кратностью показаний, равной измеряемому единичному объемному расходу жидкости;
задатчик необходимого суммарного значения объемного расхода жидкости; элемент сравнения показаний счетчика и значений задатчика;
- 2 -
008884
элемент регулируемой задержки времени tl на точную финишную доводку остатка меньше кратности показаний счетчика;
логический элемент И; логический элемент ИЛИ; два логических элемента НЕ.
Причем первый вход счетного прибора соединен с выходом формирователя считывающегося сигнала и первым (считывающим) входом счетчика, второй вход - через первый элемент НЕ со вторым (сбрасывающим) входом счетчика и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, третий вход счетного прибора через второй элемент НЕ соединен с третьим входом элемента И, первый вход элемента сравнения соединен с выходом задатчика, второй вход - с выходом счетчика, а выход - через элемент регулируемой задержки времени t1 с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента И и выходом счетного прибора.
Ось вращения лопастной крыльчатки выполнена игольчатой с возможностью размещения, с одной стороны, во втулке скольжения и взаимодействия с подпятником, запрессованным в крышке, а с другой стороны - с подпятником, запрессованным в дно корпуса, свободный консольно выступающий конец которого помещен во втулку скольжения, запрессованную в противоположной торцевой части ступицы лопастной крыльчатки. При этом игольчатая ось вращения выполнена длиной немного меньше расстояния между открытыми концами подпятников, а ее открытые контактные концы и концы соответствующих подпятников выполнены в виде опорных пар "конус-плоскость" с возможностью обеспечения точечного соприкосновения с минимально возможной контактной площадью, а также с незначительным сопротивлением и нагрузкой при вращении лопастной крыльчатки.
Игольчатая ось вращения лопастной крыльчатки, втулки скольжения и подпятники выполнены из износостойких материалов.
Защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка снабжен сальниковым выходом для подводящего кабеля, соединяющего формирователь считывающего сигнала с дистанционно расположенным счетным прибором, и двумя полукольцевыми быстросъемными крепежными хомутами, охватывающими защитный кожух и корпус, соединенными по концам стяжными болтами.
Между корпусом и крышкой, а также корпусом и защитным кожухом установлены уплотнительные кольца с возможностью обеспечения влагонепроницаемости на наружном функционально-преобразовательном участке.
На основании приведенных данных и сопоставления заявляемого объекта с аналогами и прототипом видно, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" и является новым, а его промышленная применимость подтверждается приведенным ниже подробным описанием конструктивно-схемных решений устройства и принципа его работы.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для измерения расхода жидкости; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - блочная схема формирователя считывающего сигнала; на фиг. 4 - функционально-логическая схема счетного прибора.
Предлагаемое устройство для измерения расхода жидкости содержит
корпус 1 датчика с измерительной полостью 2, крышкой 3, входным 4 и выходным 5 тангенциально направленными отверстиями;
лопастную крыльчатку 6 с жестко закрепленной на ней осью 7, установленные в измерительной полости 2 с возможностью вращения;
счетный прибор 8;
элемент связи 9 лопастной крыльчатки 6 со счетным прибором 8;
защитный кожух 10 наружного функционально-преобразовательного участка 11.
Элемент связи 9 содержит
бесконтактную магниточувствительную полупроводниковую пластинку 12 Холла с формирователем 13 считывающего сигнала, расположенные на наружном функционально-преобразовательном участке 11 на отдельной печатной плате 14, закрепленной на прижимной гайке 15 крышки 3;
магнит 16, расположенный на лопастной крыльчатке 6 с возможностью взаимодействия его магнитного поля с бесконтактной магниточувствительной полупроводниковой пластинкой 12 Холла через воздушный зазор и крышку 3 из немагнитного материала.
Счетный прибор 8 выполнен в виде отдельного блока с возможностью его дистанционного расположения и приема считывающего сигнала даже на больших расстояниях.
Магнит 16 выполнен кольцевым многополюсным и установлен со стороны крышки 3 на торцевой части ступицы 17 лопастной крыльчатки 6 концентрично оси 7 вращения с возможностью обеспечения самобалансировочного уравновешивания, а бесконтактная магниточувствительная полупроводниковая пластинка 12 Холла помещена в выполненную на дополнительно введенном кольцевом магнитопроводе 18 радиальную щель 19 с возможностью увеличения концентрации относительно ее магнитного поля, и этот магнитопровод расположен соосно с кольцевым многополюсным магнитом 16 и закреплен на тыльной стороне 20 отдельной печатной платы 14.
- 3 -
008884
Формирователь 13 считывающего сигнала содержит дефференциальный усилитель-преобразователь 21 сигнала, поступающего на его вход от бесконтактной магниточувствительной полупроводниковой пластинки 12 Холла, в удобный для считывания сигнал на его выходе, и усилитель 22 мощности, выполненный с возможностью подключения его входа к выходу дифференциального усилителя-преобразователя 21 и с возможностью формирования на его выходе достаточного для счетного прибора 8 считывающего сигнала, пропорционального измеряемому разовому объемному расходу жидкости, соответствующему углу поворота лопастной крыльчатки 6, определяемому выражением: a=360°/n, где a - заданный угол поворота лопастной крыльчатки 6; n - количество пар полюсов в кольцевом магните 16.
Счетный прибор 8 включает в себя
счетчик 23 объемного расхода жидкости с индикатором 24 его цифровых показаний, кратных измеряемому разовому объемному расходу жидкости;
задатчик 25 цифрового значения необходимого суммарного объемного расхода жидкости; элемент 26 сравнения;
элемент 27 регулируемой задержки времени t1 на точную финишную доводку остатка меньше кратности показаний счетчика; логический элемент 28 И; логический элемент 29 ИЛИ; логические элементы 30, 31 НЕ. В счетном приборе 8
первый вход соединен с выходом формирователя 13 считывающего сигнала и первым (считывающим) входом счетчика 23;
второй вход соединен через элемент зоны со вторым (сбрасывающим) входом счетчика 23 и первым входом элемента 28 И, второй вход которого соединен с выходом элемента 29 ИЛИ;
третий вход соединен через элемент 31 НЕ с третьим входом элемента 28 И, первый вход элемента 26 сравнения соединен с выходом задатчика 25, второй вход - с выходом счетчика 23, а выход - через элемент 27 регулируемой задержки времени t1 с первым входом элемента 29 ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента 28 И и выходом счетного прибора 8.
Счетный прибор 8 имеет возможность располагаться в удобном для визуального обозрения и обслуживания месте, а также на диспетчерских пунктах и пультах систем автоматического управления дозаторами и другими подобными средствами.
Ось 7 вращения лопастной крыльчатки 6 выполнена игольчатой с возможностью расположения ее, с одной стороны, во втулке 32 скольжения и взаимодействия с подпятником 33, запрессованным в крышке 3, а с другой - с подпятником 34, запрессованным в дно 35 корпуса 1, свободный консольно выступающий конец которого помещен во втулку 36 скольжения, запрессованную в противоположной торцевой части ступицы 17 лопастной крыльчатки 6.
Причем игольчатая ось 7 вращения лопастной крыльчатки 6, втулки 32, 36 скольжения и подпятники 33, 34 выполнены из износостойких материалов, что значительно повышает срок службы устройства и надежность его работы.
Защитный кожух 10 наружного функционально-преобразовательного участка 11 снабжен сальниковым выходом 37 для подводящего кабеля 38, соединяющего формирователь 13 считывающего сигнала с дистанционно расположенным счетным прибором 8, и полукольцевыми охватывающими защитный кожух 10 и корпус 1 быстросъемными крепежными хомутами 39, 40, соединенными по концам стяжными болтами 41, 42, что значительно снижает потери времени при наладке и обслуживании устройства.
Между корпусом 1 и крышкой 3, а также между корпусом 1 и защитным кожухом 10 установлены уплотнительные кольца 43, 44 с возможностью обеспечения влагонепроницаемости на наружном функционально-преобразовательном участке 11, что способствует повышению надежности работы устройства и увеличению срока его службы. Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Поток жидкости от подводящего трубопровода, пройдя фильтр (не показан), попадает в нижнюю часть измерительной полости 2 корпуса 1 через входное тангенциально направленное отверстие 4, приводит во вращение лопастную крыльчатку 6 и игольчатую ось 7 относительно втулки 32 скольжения на крышке 3, а также втулки 36 скольжения на лопастной крыльчатке 6 относительно подпятника 34 на дне 35 корпуса 1, которые обеспечивают соосность и центровку, а также исключают радиальные биения, что способствует повышению надежности работы устройства и увеличению срока его службы.
Сбалансированное и самоуравновешенное расположение кольцевого многополюсного магнита 16 на лопастной крыльчатке 6 концентрично игольчатой оси 7 вращения также исключает радиальные биения, что способствует повышению надежности работы устройства и увеличению срока его службы.
После зоны вращения лопастной крыльчатки 6 жидкость по винтовой траектории попадает в верхнюю часть измерительной полости 2 и через выходное, также тангенциально направленное, отверстие 5 поступает в отводящий трубопровод (не показан).
- 4 -
008884
При наличии расстояния между подпятниками 33, 34 больше длины игольчатой оси 7 вращения и при образовании в измерительной полости 2 корпуса 1 винтовой траектории жидкость приподнимает лопастную крыльчатку 6 и игольчатую ось 7, в результате чего последняя располагается в промежутке между подпятниками 33, 34, разрывая торцевое соприкосновение, уменьшая сопротивление и нагрузку, благодаря чему ускоряется разгон лопастной крыльчатки 6, повышается быстродействие и точность измерения устройства.
В дальнейшем игольчатая ось 7 вращения лопастной крыльчатки 6 соприкасается не постоянно, а кратковременно периодически только с одним из двух подпятников 33, 34, причем соприкосновение происходит на предельно минимальной контактной площади, т.е. в точке, благодаря чему создаются минимальные сопротивление и нагрузка, что также повышает быстродействие и точность измерения устройства.
Поскольку игольчатая ось 7 вращения, втулки 32, 36 скольжения и подпятники 33, 34 выполнены из износостойких материалов, то их долговечность значительно увеличивается, что способствует повышению надежности работы устройства и увеличению срока его службы.
При вращении кольцевого многополюсного магнита 16 совместно с лопастной крыльчаткой 6 магнитное поле каждой пары магнитных полюсов поочередно через воздушный зазор и крышку 3 из немагнитного материала взаимодействует с бесконтактной магниточувствительной полупроводниковой пластинкой 12 Холла, и каждый раз на ее выходе появляется сигнал, который пропорционален заданному углу a поворота лопастной крыльчатки 6 и соответствует измеряемому разовому объемному расходу жидкости и кратности показаний счетного прибора 8.
Из выражения a=360°/n, где a - заданный угол поворота лопастной крыльчатки 6 и n-число полюсов в кольцевом магните 16, следует, что чем больше количество полюсов в кольцевом магните 16, тем меньше угол a, меньше измеряемый разовый объемный расход жидкости, меньше кратность и выше точность измерения устройства.
Сигнал с выхода бесконтактной магниточувствительной полупроводниковой пластинки 12 Холла поступает на вход дифференциального усилителя-преобразователя 21, который преобразует его в удобный для считывания сигнал, подает его на собственный выход и вход усилителя 22 мощности.
Усилитель 22 формирует достаточный по мощности считывающий сигнал для счетного прибора 8, если он даже находится на большем расстоянии, что способствует повышению надежности работы устройства.
Считывающий сигнал с выхода усилителя 22 мощности поступает на выход формирователя 13, первый вход счетного прибора 8 и первый вход счетчика 23, в результате чего на его индикаторе увеличивается цифровое суммарное значение объемного расхода жидкости на кратную величину, равную измеряемому разовому объемному расходу жидкости при повороте лопастной крыльчатки 6 на заданный угол a.
Так как счетный прибор выполнен на отдельном блоке, то он может располагаться в удобном для обозрения и съема показаний с индикатора 24 цифрового суммарного значения расхода жидкости, что значительно улучшает условия обслуживания.
Счетный прибор 8, при необходимости, может располагаться на диспетчерских пунктах и пультах систем автоматического управления дозаторами и другими подобными средствами, что способствует расширению областей применения устройства.
При использовании устройства в системах автоматического управления дозатором или другим подобным средством на задатчике 25 следует установить цифровое значение необходимого суммарного объемного расхода жидкости.
Если необходимое цифровое значение является кратным измеряемому разовому объемному расходу жидкости без остатка, то это значение следует установить на задатчике 25, а на элементе 27 регулируемой задержки времени t1 следует установить паузу, равную нулю.
В этом случае при совпадении цифровых показаний на индикаторе 24 счетчика 23 с цифровыми значениями на задатчике 25 появляется сигнал на выходе элемента 26 сравнения, на входе и сразу же на выходе элемента 27 регулируемой задержки времени t1 (так как установленная пауза равна нулю), первом входе и выходе элемента 29 ИЛИ и втором входе элемента 28 И.
Наличие сигналов одновременно на всех входах элемента 28 И вызывает появление сигнала на его выходе, втором входе элемента 29 ИЛИ (запоминается), выходе счетного прибора 8 и дальше он поступает в систему автоматического управления дозатором или другим подобным средством (не показаны) для использования по назначению.
Если цифровое значение необходимого суммарного объемного расхода жидкости не является кратным измеряемому разовому объемному расходу жидкости, то на задатчике 25 устанавливается его кратная часть, а на элементе 27 регулируемой задержки времени t1 - пауза, достаточная для финишной доводки второй части, т.е. остатка меньше кратности измерения.
- 5 -
008884
В этом случае после совпадения достигнутых цифровых показаний на индикаторе 24 счетчика 23 с установленным цифровым значением на задатчике 25 появляется сигнал на выходе элемента 26 сравнения и на входе элемента 27 регулируемой задержки времени t1, в котором на его выходе появляется сигнал только после истечения заданной паузы, достаточной для точной финишной доводки остатка необходимого объемного расхода жидкости, и этот сигнал аналогично вышеизложенному появляется на первом входе и выходе элемента 29 ИЛИ, втором входе и выходе элемента 28 И, втором входе элемента 29 ИЛИ (запоминается), выходе счетного прибора 8 и дальше поступает в систему автоматического управления дозатором или другим подобным средством по назначению (например, в качестве команды на прекращение расхода жидкости).
Предложенное такое техническое решение значительно повышает точность измерения устройства.
После реализации по назначению поступившего сигнала предусматривается также возможность приема сигнала на второй вход счетного прибора 8 и на вход элемента 30 НЕ от системы автоматического управления дозатором или другим подобным средством, после чего исчезает сигнал на выходе элемента 30 НЕ, первом входе и выходе элемента 28 И, втором входе и выходе элемента 29 ИЛИ (сброс памяти), выходе счетного прибора 8, прекращается поступление сигнала в систему автоматического управления дозатором или другим подобным средством, а также исчезает сигнал на втором входе счетчика 23, в результате чего он возвращается в исходное положение, а на его индикаторе 24 автоматически устанавливаются нулевые цифровые показания и счетчик 23 опять готов к повторному отсчету текущего объемного расхода жидкости при его возобновлении.
При использовании устройства на диспетчерских пунктах на задатчик 25 устанавливается цифровое значение необходимого суммарного объемного расхода жидкости, соответствующее, например, проведению профилактического осмотра данного устройства.
После совпадения достигнутых цифровых показаний на индикаторе 24 счетчика 23 с установленными цифровыми значениями на задатчике 25 аналогично вышеизложенному появляется сигнал на выходе счетного прибора 8 (запоминается), который дальше поступает, например на сигнализатор диспетчерского пункта (не показан), извещающий о немедленном принятии мер по реализации конкретного планового организационно-технического мероприятия.
В устройстве предусмотрена также возможность приема сигнала на третьем входе счетного прибора 8 и входе элемента 31 НЕ по команде из диспетчерского пункта после завершения конкретного планового организационно-технического мероприятия, после чего исчезает сигнал на выходе элемента 31 НЕ, на третьем входе и выходе элемента 28 И (сброс памяти), выходе счетного прибора 8 и прекращается его подача на диспетчерский пункт и соответствующий сигнализатор (не показан), а также имеется возможность, не приостанавливая расхода жидкости и не производя сброса цифровых показаний в нулевое значение на счетчике, повторно устанавливать на задатчике 25 цифровые значения необходимого суммарного объемного расхода жидкости, которое соответствует, например, проведению следующего планового организационно-технического мероприятия.
Таким образом, на основании вышеизложенного видно, что предлагаемое конструктивное и схем-но-логическое выполнение устройства не только повышает точность его измерения, быстродействие и надежность работы, но и расширяет функциональные возможности и области его применения.
Предлагаемое устройство выгодно отличается от известных аналогичных устройств и имеет следующие преимущества:
1) предложенное использование в элементе связи лопастной крыльчатки со счетным устройством бесконтактной магниточувствительной полупроводниковой пластинки Холла с формирователем считы-вающегося сигнала дало возможность полностью избавиться от коммутирующих замыкающих и размыкающих электрических контактов с ограниченной долговечностью, что позволило значительно увеличить срок службы устройства;
2) предложенное выполнение счетного прибора в виде отдельного блока с возможностью дистанционного расположения позволило его размещать в удобном для общего обозрения месте и снятия цифровых показаний, что значительно улучшает условия обслуживания и расширяет области применения устройства;
3) предложенное выполнение магнита кольцевым и расположение его на торцевой части ступицы лопастной крыльчатки концентрично ее оси вращения позволило ему самобалансироваться и уравновешиваться без применения дополнительных противовесов, что упрощает конструкцию и обеспечивает компактность устройства;
4) предложенное выполнение кольцевого магнита многополюсным дало возможность фиксировать минимально допустимый угол поворота лопастной крыльчатки и формировать пропорционально ему считывающий сигнал, соответствующий также измеряемому минимальному объемному расходу жидкости, что позволяет уменьшить кратность и повысить точность измерения устройства;
5) предложенное дополнительное применение кольцевого магнитопровода с выполненной радиальной щелью и размещенного в ней бесконтактной магниточувствительной полупроводниковой пластинки Холла дало возможность значительно увеличить концентрацию относительно ее магнитного поля, что позволило значительно повысить чувствительность и надежность работы устройства;
- 6 -
008884
6) предложенное схемное элементно-логическое выполнение формирователя считывающего сигнала дало возможность преобразовать поступающий от магниточувствительной полупроводниковой пластинки Холла сигнал в более удобный для считывания и более мощный с учетом использования его на счетном приборе, если он находится даже на большом расстоянии, что повышает надежность работы устройства;
7) предложенное схемное элементно-логическое выполнение счетного прибора дало возможность не только информировать о текущем накоплении объемного расхода жидкости, но и получать при необходимости на выходе информационный сигнал о достижении заданного объемного расхода жидкости, например, для диспетчерских пунктов и систем автоматического управления дозаторами или другими подобными средствами, что значительно расширяет функциональные возможности и области применения устройства;
8) предложенное применение в счетном приборе задатчика цифрового значения необходимого суммарного объемного расхода жидкости позволяет регулировать его в широком диапазоне в зависимости от необходимости, что значительно расширяет функциональные возможности устройства;
9) предложенное применение в счетном приборе элемента регулируемой задержки времени t1 дало возможность устанавливать паузу этой задержки, достаточную на финишную доводку остатка, меньше измеряемого разового объемного расхода жидкости пропорционально углу a поворота лопастной крыльчатки, что значительно повышает точность измерения устройства;
10) предложенное выполнение оси вращения лопастной крыльчатки с возможностью применения муфт скольжения и подпятников, а также создания по концам внизу и вверху опорных торцевых пар "конус-плоскость" позволило обеспечить точечное соприкосновение с минимально возможными контактными площадями, сопротивлением и нагрузкой, что повышает чувствительность, быстродействие и точность измерения устройства;
11) предложенное выполнение игольчатой оси вращения, муфт скольжения и подпятников из износостойких материалов дало возможность увеличить их долговечность, что значительно повышает надежность работы устройства и срок его службы;
12) предложенное выполнение игольчатой оси вращения длиной немного меньшей расстояния между открытыми концами подпятников дало возможность в начальный момент трогания лопастной крыльчатки обеспечить подъем (всплытие) игольчатой оси с крыльчаткой и находиться ей в промежуточном положении между открытыми концами подпятников, полностью исключая опорные торцевые соприкосновения, что уменьшает сопротивление и нагрузку, ускоряет разгон лопастной крыльчатки, повышает чувствительность, быстродействие и точность измерения устройства;
13) предложенное выполнение игольчатой оси вращения длиной немного меньшей расстояния между открытыми концами подпятников также дало возможность ей после разгона соприкасаться только с одним из двух подпятников, и то периодически, что уменьшает сопротивление и нагрузку, повышает чувствительность и точность измерения устройства;
14) предложенное применение сальникового выхода для подводящего кабеля, уплотнительных колец между корпусом и защитным кожухом, а также корпусом и крышкой дало возможность обеспечить влагонепроницаемость на наружном функционально-преобразовательном участке, что способствует повышению надежности работы устройства и срока его службы;
15) предложенное крепление наружного кожуха на корпусе посредством быстросъемных полукольцевых охватывающих хомутов и стяжных болтов дало возможность упростить конструкцию и ускорить доступ на функционально-преобразовательный участок при монтаже и наладке, что значительно улучшает условия обслуживания.
Предлагаемое устройство для измерения расхода жидкости может найти широкое применение не только в жилищно-коммунальном хозяйстве, в пищевой, химической, нефтяной и других промышленно-стях, но и в машиностроении при создании новых и модернизации старых дозаторов и других подобных средств.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 1782317, МКИ G01F 1/06, 29.10.90.
2. Лобачев П.В., Шевелев Ф.А. Измерение расхода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации. М.: Стройиздат, 1985.
3. Патент Российской Федерации № 2152128, МКИ G01F 1/06, 1/075, 13.01.98.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус датчика с измерительной полостью, крышкой, входным и выходным тангенциально направленными отверстиями, лопастную крыльчатку, установленную в измерительной полости с возможностью вращения, счетный прибор, элемент связи лопастной крыльчатки со счетным прибором и защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка, отличающееся тем, что элемент связи содержит бесконтактную магнито-чувствительную полупроводниковую пластинку Холла с формирователем считывающего сигнала, рас
- 7 -
008884
положенные на наружном функционально-преобразовательном участке на отдельной печатной плате, закрепленной на прижимной гайке крышки, и магнит, расположенный на лопастной крыльчатке с возможностью взаимодействия его магнитного поля с магниточувствительной полупроводниковой пластинкой Холла через воздушный зазор и крышку из немагнитного материала, а счетный прибор выполнен в виде отдельного блока с возможностью его дистанционного расположения в удобном для обозрения месте и приема считывающего сигнала на большом расстоянии, причем магнит выполнен кольцевым многополюсным и установлен со стороны крышки на торцевой части ступицы лопастной крыльчатки концен-трично жестко закрепленной на ней оси вращения с возможностью обеспечения самобалансировочного уравновешивания, а магниточувствительная полупроводниковая пластинка Холла помещена в выполненную на дополнительно введенном кольцевом магнитопроводе относительно ее магнитного поля радиальную щель, и этот магнитопровод расположен соосно с кольцевым многополюсным магнитом и закреплен на тыльной стороне упомянутой печатной платы, при этом формирователь считывающего сигнала расположен на лицевой стороне этой платы и содержит дифференциальный усилитель-преобразователь с входом, соединенным через вход формирователя с выходом магниточувствителыюй полупроводниковой пластинки Холла, и усилитель мощности с входом, соединенным с выходом дифференциального усилителя-преобразователя, и выходом, соединенным с выходом формирователя с возможностью создания для счетного прибора необходимого и достаточного считывающего сигнала, соответствующего измеряемому единичному объемному расходу жидкости и пропорционального углу поворота лопастной крыльчатки, определяемому выражением a=360°/n, где a - заданный угол поворота лопастной крыльчатки; n - количество пар полюсов на кольцевом магните; а счетный прибор включает в себя счетчик текущего объемного расхода жидкости с цифровым индикатором и кратностью показаний, равной измеряемому единичному объемному расходу жидкости, задатчик необходимого суммарного значения объемного расхода жидкости, элемент сравнения показаний счетчика и значений задатчика, элемент регулируемой задержки времени t1 на доводку финишного остатка, меньше кратности показаний счетчика, логический элемент И, логический элемент ИЛИ и два логических элемента НЕ, причем первый вход счетного прибора соединен с выходом формирователя считывающего сигнала и первым считывающим входом счетчика, второй вход через первый элемент НЕ соединен со вторым сбрасывающим входом счетчика и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, третий вход счетного прибора через второй элемент НЕ соединен с третьим входом элемента И, первый вход элемента сравнения соединен с выходом задатчика, второй вход - с выходом счетчика, а выход - через элемент регулируемой задержки времени t1 с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента И и выходом счетного прибора.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось вращения лопастной крыльчатки выполнена игольчатой с возможностью размещения с одной стороны во втулке скольжения и взаимодействия с подпятником, запрессованным в крышке, а с другой стороны с подпятником, запрессованным в дно корпуса, свободный консольно выступающий конец которого помещен во втулку скольжения, запрессованную в противоположной торцевой части ступицы лопастной крыльчатки, при этом игольчатая ось вращения выполнена длиною немногим меньше расстояния между открытыми концами подпятников, а открытые контактные концы игольчатой оси вращения и соответствующих подпятников выполнены в виде опорных пар "конус-плоскость" с возможностью обеспечения точечного соприкосновения с минимально возможной контактной площадью, а также с незначительным сопротивлением и нагрузкой при вращении лопастной крыльчатки.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось вращения лопастной крыльчатки, втулки скольжения и подпятники выполнены из износостойких материалов.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный кожух наружного функционально-преобразовательного участка снабжен сальниковым выходом для подводящего кабеля, соединяющего формирователь считывающего сигнала с дистанционно расположенным счетным прибором, и двумя полукольцевыми охватывающими защитный кожух и корпус быстросъемными крепежными хомутами, соединенными по концам стяжными болтами.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между корпусом и крышкой, а также корпусом и защитным кожухом установлены уплотнительные кольца с возможностью обеспечения влагонепроницае-мости на наружном функционально-преобразовательном участке.
- 8 -
008884
008884
Фиг. 4
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 10 -