RU2035720C1 - Flow rate pickup - Google Patents
Flow rate pickup Download PDFInfo
- Publication number
- RU2035720C1 RU2035720C1 SU5030016A RU2035720C1 RU 2035720 C1 RU2035720 C1 RU 2035720C1 SU 5030016 A SU5030016 A SU 5030016A RU 2035720 C1 RU2035720 C1 RU 2035720C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- microturbine
- radiation source
- shaft
- photodetector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика мгновенного расхода бензина, например, в легковых автомобилях. The invention relates to measuring equipment and can be used as a sensor of the instantaneous flow of gasoline, for example, in cars.
Известен датчик скорости [1] который содержит корпус, внутри которого размещен чувствительный элемент крыльчатка, выполненная из магнитомягкого материала. Крыльчатка закреплена в опорах. На корпусе установлен узел съема в виде секций первичной и вторичной обмоток. При вращении крыльчатки происходит перераспределение магнитного потока, пронизывающего секции вторичной обмотки, вследствие чего на ее выходе появляется сигнал в виде изменяющегося по амплитуде напряжения. Частота модуляции сигнала пропорциональна числу оборотов крыльчатки, а следовательно, и скорости потока. Known speed sensor [1] which contains a housing, inside of which there is a sensing element of the impeller made of soft magnetic material. The impeller is fixed in the supports. A detachment unit is installed on the body in the form of sections of the primary and secondary windings. When the impeller rotates, redistribution of the magnetic flux penetrating the sections of the secondary winding occurs, as a result of which a signal appears in its output in the form of a voltage varying in amplitude. The frequency of the modulation of the signal is proportional to the number of revolutions of the impeller, and hence the flow velocity.
Конструкция узла съема информации ограничивает использование датчика из-за его сложности и относительно большой массы, обусловленной наличием обмоток. Чувствительность датчика невысокая из-за большой массы крыльчатки, выполненной из магнитомягкого материала. Эти недостатки ограничивают использование датчика, например, в качестве датчика мгновенного расхода топлива (бензина) в легковых автомобилях, где необходима высокая чувствительность, небольшая масса, высокая надежность и малые габариты. The design of the data pickup unit limits the use of the sensor due to its complexity and relatively large mass due to the presence of windings. The sensitivity of the sensor is low due to the large mass of the impeller made of soft magnetic material. These disadvantages limit the use of the sensor, for example, as a sensor of instantaneous fuel (gas) consumption in cars where high sensitivity, light weight, high reliability and small dimensions are required.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик расхода жидкости [2] содержащий корпус с соосно расположенными входным и выходным патрубками, микротурбинку с четным числом лопастей, равномерно распределенных по образующей вала, установленного в опорах соосно с патрубками, а также узел съема информации, включающий оптически связанные между собой источник излучения и фотоприемник со светопрозрачными элементами. The closest in technical essence to the proposed one is a fluid flow sensor [2] comprising a housing with coaxially located inlet and outlet nozzles, a microturbine with an even number of blades evenly distributed along the generatrix of the shaft installed in the bearings coaxially with the nozzles, and also an information acquisition unit, including optically coupled radiation source and a photodetector with translucent elements.
Датчик представляет собой турбинный расходомер с микротурбинкой, которая при вращении пересекает световой поток, идущий от источника излучения на фотоприемник, т.е. в узле съема информации лопасти выполняют функцию шторки, перекрывающей световой поток. При этом на выходе фотоприемника создается переменный фототок, частота которого определяется по формуле
f (n˙m)/60, (1) где n число оборотов микротурбинки в минуту, определяемое расходом жидкости или газа;
m число лопастей микротурбинки.The sensor is a turbine flowmeter with a microturbine, which during rotation crosses the light flux coming from the radiation source to the photodetector, i.e. in the information pickup unit, the blades perform the function of a shutter that blocks the luminous flux. At the same time, an alternating photocurrent is created at the output of the photodetector, the frequency of which is determined by the formula
f (n˙m) / 60, (1) where n is the number of revolutions of the microturbine per minute, determined by the flow of liquid or gas;
m is the number of microturbine blades.
Датчику присущи следующие недостатки. Число лопастей (m) ограничено, так как при увеличении числа лопастей выше допустимого их числа прохождению светового потока от источника излучения помещают соседние лопасти, т.е. прекращается прохождение светового потока на фотоприемник. Ограничение числа лопастей приводит к снижению точности (чувствительности) датчика, что неприемлемо для датчиков расхода жидкости, используемых для измерения расхода бензина в легковых автомобилях. Датчик выполнен со смещением центра масс относительно оси вращения микротурбинки и потока измеряемой жидкости, поэтому установка его на объекте должна производиться в строго определенном положении и требует дополнительных крепежных узлов. Излучение распространяется в значительном телесном угле, что не обеспечивает строго направленного излучения от источника к фотоприемнику, а это приводит к необходимости выбора мощного источника излучения. Эти недостатки ограничивают использование датчика, например, в качестве датчика расхода жидкости, например топлива (бензина), в легковых автомобилях, где необходимы высокая чувствительность и точность. The sensor has the following disadvantages. The number of blades (m) is limited, since when the number of blades increases above their permissible number, adjacent blades are placed to the passage of the light flux from the radiation source, i.e. The passage of the light flux to the photodetector stops. Limiting the number of blades leads to a decrease in the accuracy (sensitivity) of the sensor, which is unacceptable for liquid flow sensors used to measure gasoline flow in cars. The sensor is made with a displacement of the center of mass relative to the axis of rotation of the microturbine and the flow of the measured fluid, therefore, its installation on the object must be carried out in a strictly defined position and requires additional mounting nodes. The radiation propagates in a significant solid angle, which does not provide strictly directed radiation from the source to the photodetector, and this leads to the need to choose a powerful radiation source. These disadvantages limit the use of the sensor, for example, as a liquid flow sensor, such as fuel (gasoline), in cars where high sensitivity and accuracy are required.
Цель изобретения расширение области использования за счет повышения точности и увеличения ресурса. The purpose of the invention is the expansion of the field of use by increasing accuracy and increasing resource.
На чертеже изображен датчик расхода жидкости в разрезе. The drawing shows a liquid flow sensor in the context.
Датчик расхода жидкости содержит герметичный корпус, состоящий из фланцев 1,2, входного и выходного патрубков 3 и 4, по которым втекает и вытекает жидкость, например бензин. Внутри корпуса, в его полости, установлена микротурбинка 5 с четным числом лопаток 6, равномерно распределенных по образующей вала 7. Концы вала установлены в опорах 8,9 с обтекателями 10,11. В опорах по периферии выполнены отверстия 12,13 для поступления бензина в полость с микротурбинкой 5 и выхода из нее. Микротурбинка установлена в опорах 8,9 с возможностью вращения вокруг своей оси посредством установленных в опорах элементов, например шарикоподшипников 14,15. В валу 7 микротурбинки 5 между лопастями 6 радиально выполнены сквозные отверстия 16. Число сквозных отверстий 16 равно числу лопаток 6. В месте соединения фланцев 1,2 корпуса с диаметрально противоположных сторон соосно с отверстиями 16 выполнены отверстия 17, 18, в которых установлены источник 19 излучения с выводами 20,21 и фотоприемник 22 с выводами 23,24, причем выход отверстия 17, в котором установлен источник 19 излучения, выполнен конусообразным. Диаметр выходного отверстия 17 равен диаметру сквозных отверстий 16 в валу 7 микротурбинки 5. Источником 19 излучения является светодиод узконаправленного излучения, а фотоприемником 22 фотодиод. Источник 19 излучения и фотоприемник 22 образуют узел съема информации. The fluid flow sensor contains a sealed housing consisting of
В корпусе в месте соединения фланцев 1,2 выполнен паз 25, в который установлено светопрозрачное кольцо 26, причем ширина и глубина паза соответственно равны высоте и толщине светопрозрачного кольца. Фланцы 1,2 соединены между собой, например, болтами, причем обеспечивается герметичность корпуса датчика путем установки в промежуток между фланцами резинового кольца, установленного в выполненные в торцах фланцев пазы. Этому же способствует введение герметика между стенками паза 25 и светопрозрачного кольца 26. In the housing at the junction of the
В датчике расхода жидкости площадь поперечного сечения, заключенная между внутренней полостью корпуса и поверхностью вала 7 микротурбинки 5, равна площади поперечного сечения входного и выходного патрубков. In the fluid flow sensor, the cross-sectional area enclosed between the internal cavity of the housing and the surface of the shaft 7 of the microturbine 5 is equal to the cross-sectional area of the inlet and outlet nozzles.
Диаметр вала микротурбинки и диаметр внутренней полости корпуса в зависимости от внутреннего диаметра патрубков определяется с учетом следующего. Площадь поперечного сечения патрубков определяется из выражения
S1 π (d1 2/4), (2) где d1 внутренний диаметр входного и выходного патрубков.The diameter of the microturbine shaft and the diameter of the inner cavity of the housing, depending on the inner diameter of the nozzles, is determined taking into account the following. The cross-sectional area of the nozzles is determined from the expression
S 1 π (d 2 1/4) (2) where d 1, the inner diameter of the inlet and outlet ports.
Площадь поперечного сечения, заключенная между внутренней полостью корпуса и поверхностью вала микротурбинки, определяется из выражения
S2 (d3 + d2)/2 (d3 d2)/2, (3) где d2 диаметр вала микротурбинки;
d3 внутренний диаметр корпуса.The cross-sectional area concluded between the internal cavity of the housing and the surface of the microturbine shaft is determined from the expression
S 2 (d 3 + d 2 ) / 2 (d 3 d 2 ) / 2, (3) where d 2 is the diameter of the microturbine shaft;
d 3 inner diameter of the housing.
Для обеспечения одинаковой скорости потока жидкости (бензина) как в патрубках, так и в полости микротурбинки необходимо выполнение условия
S1 ≃ S2 (4)
Выбрав один из диаметров, например диаметр вала микротурбинки, определим внутренний диаметр корпуса.To ensure the same flow rate of liquid (gasoline) both in the nozzles and in the cavity of the microturbine, it is necessary to fulfill the condition
S 1 ≃ S 2 (4)
Having chosen one of the diameters, for example, the diameter of the microturbine shaft, we determine the inner diameter of the casing.
Как видно из формулы (1), увеличение S2 ведет к снижению числа оборотов микротурбинки в минуту, что, в свою очередь, ведет к снижению чувствительности и точности датчика.As can be seen from formula (1), an increase in S 2 leads to a decrease in the number of revolutions of the microturbine per minute, which, in turn, leads to a decrease in the sensitivity and accuracy of the sensor.
Размещение источника излучения и фотоприемника с диаметрально противоположных сторон вала микротурбинки соосно с выполненными в валу микротурбинки сквозными отверстиями снимает ограничение по числу лопаток микротурбинки. Placing the radiation source and the photodetector on diametrically opposite sides of the microturbine shaft coaxially with through holes made in the microturbine shaft removes the limitation on the number of microturbine blades.
Как видно из формулы (1), при увеличении числа лопаток (m) увеличивается частота, а следовательно, и точность измерения потока жидкости. As can be seen from formula (1), with an increase in the number of blades (m), the frequency and, consequently, the accuracy of measuring the fluid flow increases.
Повышению надежности прохождения светового потока от источника излучения к фотоприемнику способствует выполнение выходного отверстия, в котором установлен источник излучения, в виде усеченного конуса с меньшим отверстием, обращенным к отверстию вала микротурбинки. Световой поток от источника излучения формируется в узкий и мощный пучок, который затем посредством выполненных в валу отверстий попадает на фотоприемник, обеспечивая его надежное срабатывание. The reliability of the passage of the light flux from the radiation source to the photodetector is facilitated by the output hole in which the radiation source is installed, in the form of a truncated cone with a smaller hole facing the hole of the microturbine shaft. The luminous flux from the radiation source is formed into a narrow and powerful beam, which then through the holes made in the shaft enters the photodetector, ensuring its reliable operation.
Смещение источника излучения внутри полости микротурбинки, а следовательно, выполнение внутреннего диаметра светопрозрачного кольца меньшим внутреннего диаметра корпуса недопустимо, так как это ведет к нарушению соотношения (4), что ведет к снижению чувствительности и точности датчика. The displacement of the radiation source inside the cavity of the microturbine, and therefore, the execution of the inner diameter of the translucent ring smaller than the inner diameter of the casing, is unacceptable, since this leads to a violation of relation (4), which leads to a decrease in the sensitivity and accuracy of the sensor.
Датчик расхода жидкости работает следующим образом. The fluid flow sensor operates as follows.
Поток жидкости поступает во входной патрубок 3, протекает по обтекателю 10 и через отверстия 12 опоры 8 попадает во внутреннюю полость корпуса с находящейся в ней микротурбинкой 5. Поток жидкости создает давление на лопатки 6, что приводит к вращению микротурбинки вокруг своей оси. Далее поток жидкости через отверстия 13 и обтекатель 11 опоры 9 поступает в выходной патрубок 4. The fluid flow enters the inlet pipe 3, flows through the
При подаче на выводы 20,21 источника 19 излучения постоянного тока источник излучения излучает световой поток. Когда при вращении турбинки 5 одно из сквозных отверстий 16 в валу 7 станет соосным отверстию 17, в котором установлен соосно источник 19 излучения, световой поток проходит сквозь отверстие 16 и попадает на фотоприемник 22, установленный в отверстии 18, соосном с отверстием 16. С выводов 23,24 фотоприемника 22 снимается сигнал во вторичный прибор. Таким образом, источник 19 излучения и фотоприемник 22 являются фотоэлектрическим узлом съема информации о скорости вращения микротурбинки 5, а следовательно, о мгновенном расходе жидкости, например бензина. Частота вращения микротурбинки пропорциональна скорости протекания через датчик жидкости. Так как в валу 7 выполнено n сквозных отверстий 16, то частота сигнала с выводов 23,24 фотоприемника 22 превышает в n раз один оборот микротурбинки 5. Выходное отверстие 17 с установленным в нем источником 19 излучения выполнено конусообразным. Это приводит к формированию светового потока от источника излучения в форму луча, обеспечивающего надежное срабатывание фотоприемника 22. Нераспространению светового потока от источника излучения во всем объеме микротурбинки 5 способствуют и стенки лопаток 6, между которыми выполнены сквозные отверстия 16, а введение светопрозрачного кольца 26 обеспечивает прохождение светового потока на фотоприемник 22 через отверстие 18. When applying to the conclusions of 20.21
Повышение точности датчика достигается тем, что повышается в n раз частота импульсов с датчика, что повышает не только чувствительность датчика в диапазоне низких скоростей потока жидкости, но и точность при дальнейшей обработке сигнала во вторичном приборе. Выполнение площади поперечного сечения заключенной между внутренней полостью корпуса и поверхностью вала микротурбинки равновеликой площади поперечного сечения входного и выходного патрубков способствует повышению точности датчика, так как позволяет стабилизировать скорость протекания жидкости как в патрубках, так и в рабочем объеме корпуса датчика. Improving the accuracy of the sensor is achieved by increasing n times the frequency of pulses from the sensor, which increases not only the sensitivity of the sensor in the range of low liquid flow rates, but also the accuracy during further signal processing in the secondary device. The implementation of the cross-sectional area concluded between the inner cavity of the housing and the surface of the microturbine shaft with an equal cross-sectional area of the inlet and outlet nozzles helps to improve the accuracy of the sensor, since it allows to stabilize the fluid flow rate both in the nozzles and in the working volume of the sensor housing.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5030016 RU2035720C1 (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Flow rate pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5030016 RU2035720C1 (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Flow rate pickup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2035720C1 true RU2035720C1 (en) | 1995-05-20 |
Family
ID=21598227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5030016 RU2035720C1 (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Flow rate pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2035720C1 (en) |
-
1992
- 1992-02-28 RU SU5030016 patent/RU2035720C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1525581, кл. G 01F 1/075, 1989. * |
2. Литвак В.И. Фотоэлектрические датчики в системах контроля, управления и регулирования. М.: Наука, 1966, с.290, 291. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2001102593A (en) | DEVICE FOR MEASUREMENT OF PARAMETERS OF FLUIDS IN A PIPE AND METHOD FOR ITS IMPLEMENTATION | |
US4172381A (en) | Flowmeter for liquids | |
US3867840A (en) | Axial outlet flow transducer | |
US3610043A (en) | Liquid flowmeters and motors | |
EP0045588B1 (en) | Flow meter | |
RU2162207C2 (en) | Mass flowmeter based on cariolis effect (versions) with use of concentric rotors and method of measurement of mass flow rate (versions) | |
CA2082882A1 (en) | A rotor type flow meter with optical detection | |
US2877649A (en) | Coriolis mass flowmeter | |
RU2035720C1 (en) | Flow rate pickup | |
JPS59109820A (en) | Device for measuring flow of fluid | |
US4089220A (en) | Fluid flow meter | |
US5604316A (en) | Multiple phase coriolis mass meter | |
RU2066849C1 (en) | Gas or liquid meter | |
SU1368639A1 (en) | Tangential tachometer flowmeter | |
FI97320B (en) | Device for measuring the amount of flow of a fluid | |
SU1270311A1 (en) | Downhole thermometer | |
RU2033491C1 (en) | Device for determination of permissible noneroding velocity of water flow for ground | |
RU2187076C2 (en) | Water and gas meter | |
SU553512A1 (en) | Stand for aerodynamic testing of fans | |
RU27857U1 (en) | MASS FLOW METER OF VAPOR MIXTURE | |
SU1470664A1 (en) | Flow meter | |
SU1015251A1 (en) | Turbine-tanget flowmeter | |
SU1084610A1 (en) | Fuel consumption indicator | |
RU2156442C1 (en) | Single-stream meter of amount of fluid medium ( versions ) | |
SU1167433A1 (en) | Mass flow rate transmitter |