RU209145U1

RU209145U1 - Ball flow meter for transparent media

Info

Publication number: RU209145U1
Application number: RU2021123169U
Authority: RU
Inventors: Марина Александровна Яковлева; Лилия Евгеньевна Каткова; Лев Николаевич Шарыгин
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения объемного расхода прозрачных сред. Конструктивно расходомер выполнен из двух блоков - гидравлического и электронного, соединенных электрическим кабелем. В гидравлическом блоке выполнен закрытый кольцевой канал, в котором с возможностью свободного движения установлен шарик. Кольцевой канал тангенциально соединен с каналами подвода измеряемой среды, в которых размещены струевыпрямляющие лопатки. Траекторию движения шарика пересекают оптические лучи двух оптопар, которые установлены в диаметральных точках на общей осевой линии, проходящей между подводными каналами. Электронный блок выполнен на основе вычислителя с индикатором результата. Вычисление производится по кодам временных интервалов импульсов оптопар. 6 ил.The utility model relates to measuring technology and can be used to measure the volumetric flow rate of transparent media. Structurally, the flowmeter is made of two blocks - hydraulic and electronic, connected by an electric cable. A closed annular channel is made in the hydraulic block, in which a ball is installed with the possibility of free movement. The annular channel is tangentially connected to the measured medium supply channels, in which the jet straightening vanes are placed. The trajectory of the ball movement is crossed by the optical beams of two optocouplers, which are installed at diametrical points on a common axial line passing between the underwater channels. The electronic unit is made on the basis of a calculator with a result indicator. The calculation is made according to the codes of the time intervals of the optocoupler pulses. 6 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения объемного расхода прозрачных сред.The utility model relates to measuring technology and can be used to measure the volumetric flow rate of transparent media.

Первичная классификация шариковых расходомеров предложена в справочнике - Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1989. - 701 с.The primary classification of ball flow meters is proposed in the reference book - Kremlevsky P.P. Flow meters and quantity counters: a reference book. - 4th ed., revised. and additional - L .: Mashinostroenie, Leningrad. department, 1989. - 701 p.

Первую группу составляют расходомеры с винтовым направляющим аппаратом. Поток, закрученный в последнем, приводит в движение ферромагнитный шарик по окружности трубы. Частота вращения шарика по кругу преобразуется в электрический сигнал индуктивным или индукционным преобразователем. Ограничительное кольцо удерживает шарик от перемещения вдоль оси трубы. Для выпрямления потока на выходе служат неподвижные лопатки.The first group consists of flowmeters with a screw guide vane. The flow swirling in the latter drives the ferromagnetic ball around the circumference of the pipe. The rotational speed of the ball in a circle is converted into an electrical signal by an inductive or inductive transducer. The restrictive ring keeps the ball from moving along the axis of the pipe. Fixed blades are used to straighten the flow at the outlet.

Вторая группа содержит раскрытую кольцевую полость и использует тангенциальный подвод измеряемой среды. Во всех случаях шарик под действием центробежной силы поджимается к внутренней поверхности трубы или камеры.The second group contains an open annular cavity and uses a tangential supply of the measured medium. In all cases, the ball under the action of centrifugal force is pressed against the inner surface of the pipe or chamber.

Развитие шариковых расходомеров следует за возрастающими требованиями по эксплуатационным свойствам изделия. К ним относятся -точность измерения, трудозатраты на операцию измерения и обработку информации, цена, которая отражает сложность и технологичность конструкции.The development of ball flowmeters follows the increasing demands on the performance properties of the product. These include - measurement accuracy, labor costs for the measurement operation and information processing, the price, which reflects the complexity and manufacturability of the design.

Известен шариковый преобразователь расхода (патент RU 2253843 С1, опубл. 10.06.2005), содержащий корпус, ограничительную втулку с элементами, создающими вращение потока вокруг продольной оси преобразователя, раскрытую кольцевую полость, ограниченную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки, размещенный в кольцевой полости шар, преобразователь скорости вращения шара в электрический выходной сигнал. С целью стабилизации вращения вихревого потока образующая внутренней поверхности корпуса представляет собой кривую переменной кривизны, корпус преобразователя со стороны раскрытия полости с размещенным в ней шаром имеет кольцевое углубление. Для улучшения циркуляции потока в поперечном сечении кольцевой полости, проходящем через продольную ось преобразователя, на наружной поверхности ограничительной втулки выполнен ряд впадин и выступов.A ball flow transducer is known (patent RU 2253843 C1, publ. 06/10/2005), containing a housing, a restrictive sleeve with elements that create flow rotation around the longitudinal axis of the transducer, an open annular cavity limited by the inner surface of the housing and the outer surface of the restrictive sleeve, placed in the annular cavity ball, converter of the speed of rotation of the ball into an electrical output signal. In order to stabilize the rotation of the vortex flow, the generatrix of the inner surface of the housing is a curve of variable curvature; the transducer housing has an annular recess on the opening side of the cavity with the ball placed in it. To improve the circulation of the flow in the cross section of the annular cavity passing through the longitudinal axis of the transducer, a number of depressions and protrusions are made on the outer surface of the restrictive sleeve.

Известен шариковый преобразователь расхода (патент RU 2472115 С1, опубл. 10.01.2013), содержащий корпус, в котором установлена втулка с лопастями, создающими вращение потока измеряемой среды вокруг его продольной оси. Внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность втулки образуют кольцевую полость, в которой размещен шар. С внешней стороны корпуса установлен преобразователь скорости вращения шара в электрический сигнал. Во втулке выполнены открытые со стороны кольцевой полости каналы, соединяющие входной участок преобразователя расхода с раскрытой кольцевой полостью. Дорожка качения выполнена в виде кольца-прокладки между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ограничительной втулки.Known ball flow transducer (patent RU 2472115 C1, publ. 01/10/2013), containing a housing in which a sleeve with blades is installed, creating a rotation of the flow of the measured medium around its longitudinal axis. The inner surface of the housing and the outer surface of the sleeve form an annular cavity in which the ball is placed. On the outer side of the body, a converter of the ball rotation speed into an electrical signal is installed. The sleeve has channels open from the side of the annular cavity, connecting the inlet section of the flow transducer with the open annular cavity. The raceway is made in the form of a gasket ring between the inner surface of the housing and the outer surface of the restrictive sleeve.

Известен шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости (патент RU 2471154 С1, опубл. 27.12.2012), который состоит из цилиндрического корпуса с кольцевым каналом, в котором свободно может вращаться шарик, неподвижного струенаправляющего аппарата и узла съема электрического сигнала. Причем шарик выполнен из диэлектрического материала с нулевой плавучестью в жидкости. В области кольцевого канала, перпендикулярно траектории вращения шарика, через проходные изоляторы и заподлицо с поверхностью кольцевого канала расположены два электрода. Выходной сигнал формируется за счет измерения электропроводности промежутка между электродами при перемещении шарика.Known ball primary transducer flow conductive fluid (patent RU 2471154 C1, publ. 12/27/2012), which consists of a cylindrical body with an annular channel in which the ball can freely rotate, a fixed jet guiding device and the node pickup electrical signal. Moreover, the ball is made of a dielectric material with zero buoyancy in a liquid. In the area of the annular channel, perpendicular to the trajectory of the ball rotation, through the bushings and flush with the surface of the annular channel, two electrodes are located. The output signal is generated by measuring the electrical conductivity of the gap between the electrodes as the ball moves.

Рассмотренным выше изделиям-аналогам свойственен общий недостаток - низкие эксплуатационные свойства, прежде всего, за счет конструктивной сложности и не технологичности направляющего аппарата. Преобразователи движения шарика в электрический сигнал предполагает низкую крутизну фронтов импульса, что ограничивает точность измерения.The analogous products discussed above have a common drawback - low performance properties, primarily due to the design complexity and non-manufacturability of the guide vane. Ball motion to electrical signal converters require low pulse edge steepness, which limits measurement accuracy.

В качестве прототипа принят шариковый электронно-оптический первичный преобразователь расхода прозрачных жидкостей (патент RU 2548055 С1 МПК G01F 1/06, опубл. 10.04.2015, Бюл. №10).As a prototype, a ball electro-optical primary transducer for the flow of transparent liquids was adopted (patent RU 2548055 C1 IPC G01F 1/06, publ. 10.04.2015, Bull. No. 10).

Это изделие содержит оптически прозрачный корпус, выполненный из двух полукорпусов, в котором имеются каналы (входной и выходной) подвода измеряемой среды диаметром d. Внешняя поверхность каналов функционально образует монтажные патрубки.This product contains an optically transparent case made of two half-shells, in which there are channels (inlet and outlet) for supplying the measured medium with a diameter d. The outer surface of the channels functionally forms mounting nozzles.

В средней части корпуса установлен неподвижный струенаправляющий аппарат и образован раскрытый кольцевой канал диаметром D, в котором размещен шарик с возможностью свободного вращения. При этом шарик имеет нулевую плавучесть в измеряемой среде (жидкости).In the middle part of the housing, a fixed jet guide apparatus is installed and an open annular channel with a diameter D is formed, in which a ball is placed with the possibility of free rotation. In this case, the ball has zero buoyancy in the measured medium (liquid).

Имеется оптоэлектронный узел съема параметров движения шарика. Функционально этот узел можно разделить на два блока: первичный преобразователь в виде оптической пары светоизлучатель-фотоприемник и формирователь сигнала оптопары. Оптический луч оптопары пересекает траекторию движения шарика, в момент прохождения шарика возникает электрический импульс. Далее этот импульс посредством формирователя на биполярном транзисторе доводится до формы, близкий к прямоугольной. Заметим, что крутизна фронтов получаемого импульса сравнительно мала даже в случае транзистора с большим коэффициентом усиления β, что приводит к погрешностям при последующей обработке сигнала. Большую крутизну фронтов дают релаксаторы, например, триггер Шмидта.There is an optoelectronic unit for reading the ball movement parameters. Functionally, this node can be divided into two blocks: the primary converter in the form of an optical pair of light emitter-photodetector and the optocoupler signal conditioner. The optical beam of the optocoupler crosses the trajectory of the ball, at the moment the ball passes, an electrical impulse occurs. Further, this pulse is brought to a shape close to rectangular by means of a shaper on a bipolar transistor. Note that the steepness of the fronts of the resulting pulse is relatively small even in the case of a transistor with a large gain β, which leads to errors in subsequent signal processing. The steepness of the fronts is given by relaxators, for example, the Schmidt trigger.

Рассмотренному изделию свойствены те же недостатки, что и аналогам - низкие эксплуатационные свойства, которые вытекают из принятой схемы измерения. Имеются особые требования к материалу корпуса и параметрам шарика.The considered product is characterized by the same disadvantages as analogues - low performance properties that follow from the accepted measurement scheme. There are special requirements for the body material and ball parameters.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эксплуатационных свойств расходомера.The technical result of the proposed solution is to improve the operational properties of the flowmeter.

Решаются задачи:Tasks are solved:

1. Разработка простой схемы измерения объемного расхода жидкостей или газов.1. Development of a simple scheme for measuring the volume flow of liquids or gases.

2. Разработка основных конструктивных решений.2. Development of basic design solutions.

3. Обоснование принимаемых решений.3. Justification of the decisions made.

Указанный выше технический результат достигается тем, что шариковый расходомер прозрачных сред, содержащий корпус, в котором образован кольцевой канал, гидравлически связанные с ним каналы подвода измеряемой среды, снабженные монтажными патрубками, шарик, размещенный в кольцевом канале с возможностью свободного движения, оптоэлектронный узел съема параметров движения шарика, содержащий последовательно включенные оптическую пару светоизлучатель-фотоприемник, оптический луч которой пересекает траекторию движения шарика, и формирователь сигнала оптической пары, снабжен электронным блоком, подключенным к выходу оптоэлектронного узла съема параметров движения шарика, в составе устройства подготовки и вычислителя с индикатором, при этом кольцевой канал выполнен закрытым, каналы подвода измеряемой среды сопряжены с концевым каналом тангенциально и снабжены установленными по осевой линии струевыпрямляющими лопатками, а оптоэлектронный узел съема параметров движения шарика выполнен дуплексированным, его оптические пары размещены в зоне диаметральных точек траектории движения шарика на общей осевой линии, проходящей между каналами подвода измеряемой среды, а также тем, что устройство подготовки содержит RS-триггер, два конъюнктора и генератор опорной частоты, при этом первый вход первого конъюнктора соединен с выходом первого формирователя оптического узла съема параметров движения шарика и с входом установки RS-триггера, первый вход второго конъюнктора соединен с выходом второго формирователя оптического узла съема параметров движения шарика и с входом сброса RS-триггера, вторые входы обоих конъюнкторов связаны с выходом генератора опорной частоты, третьи входы конъюнкторов подключены к единичному выходу RS-триггера, при этом выходы конъюнкторов и RS-триггера являются входами вычислителя.The above technical result is achieved by the fact that a ball flow meter of transparent media, containing a body in which an annular channel is formed, channels for supplying the measured medium hydraulically connected to it, equipped with mounting nozzles, a ball placed in the annular channel with the possibility of free movement, an optoelectronic unit for reading parameters ball movement, containing in series an optical pair of a light emitter-photodetector, the optical beam of which crosses the ball movement trajectory, and an optical pair signal conditioner, equipped with an electronic unit connected to the output of an optoelectronic unit for reading the ball movement parameters, as part of a preparation device and a calculator with an indicator, when In this case, the annular channel is made closed, the channels for supplying the measured medium are connected tangentially with the end channel and equipped with jet-straightening blades installed along the axial line, and the optoelectronic unit for reading the ball movement parameters is made of duplex Accordingly, its optical pairs are located in the zone of diametrical points of the ball trajectory on a common axial line passing between the channels for supplying the measured medium, and also by the fact that the preparation device contains an RS trigger, two conjunctors and a reference frequency generator, while the first input of the first conjunctor connected to the output of the first driver of the optical unit for reading the parameters of the ball movement and to the input of the RS-trigger, the first input of the second conjunctor is connected to the output of the second driver of the optical unit for reading the parameters of the ball motion and to the reset input of the RS-trigger, the second inputs of both conjunctors are connected to the output of the generator reference frequency, the third inputs of the conjunctors are connected to a single output of the RS flip-flop, while the outputs of the conjunctors and the RS flip-flop are the inputs of the calculator.

Устройство предлагаемого расходомера поясняется чертежами:The device of the proposed flowmeter is illustrated by drawings:

Фиг. 1. Конструктивная схема гидравлического блока;Fig. 1. Structural diagram of the hydraulic unit;

Фиг. 2. Разрез А-А по фиг.1;Fig. 2. Section A-A in Fig.1;

Фиг. 3. Разрез Б-Б по фиг.1;Fig. 3. Section B-B in Fig.1;

Фиг. 4. Расчетная схема;Fig. 4. Settlement scheme;

Фиг. 5. Функциональная схема;Fig. 5. Functional diagram;

Фиг. 6. Эпюры напряженийFig. 6. Stress diagrams

Принятые обозначенияAccepted designations

1. Нижний полукорпус1. Lower semi-body

2. Верхний полу корпус2. Upper half body

3. Винты корпуса3. Body screws

4. Базирующие штифты корпуса4. Body locating pins

5. Кольцевой канал5. Ring channel

6. Шарик6. Ball

7. Каналы подвода измеряемой среды7. Channels for supplying the measured medium

8. Струевыпрямляющие лопатки входных каналов8. Jet-straightening vanes of inlet channels

9. Базирующие штифты лопаток 79. Basing pins of blades 7

10. Монтажные патрубки входных каналов10. Mounting nozzles of inlet channels

11, 12. Светоизлучатели11, 12. Light emitters

13, 14. Фотоприемники13, 14. Photodetectors

15, 16. Электрические разъемы15, 16. Electrical connectors

17. Винты крепления электрических разъемов17. Screws for fixing electrical connectors

18. Сквозное отверстие корпуса для установки электрических разъемов18. Through hole in the housing for installing electrical connectors

19. Монтажные провода19. Mounting wires

20. Пазы в полукорпусах 1, 2 для укладки монтажных проводов20. Grooves in half-shells 1, 2 for laying installation wires

21, 22. Формировали сигналов оптопар21, 22. Optocoupler signals were formed

23. Вычислитель с индикатором результата23. Calculator with result indicator

24. Устройство подготовки24. Preparation device

25. RS-триггер25. RS flip-flop

26, 27. Конъюнкторы26, 27. Conjunctors

28. Генератор опорной частоты28. Reference frequency generator

Конструктивно шариковых расходомер прозрачных сред (далее расходомер) выполнен из двух блоков - гидравлического блока и электронного блока, которые соединены между собой электрическим кабелем, имеющим двойной разъем со стороны гидравлического блока и одинарный со стороны электронного блока.Structurally, the ball flow meter for transparent media (hereinafter referred to as the flow meter) is made of two blocks - a hydraulic block and an electronic block, which are interconnected by an electric cable having a double connector on the side of the hydraulic block and a single connector on the side of the electronic block.

Корпус гидравлического блока составлен из двух полукорпусов - нижнего 1 и верхнего 2 (ориентация чертежа), которые соединены винтами 3 и имеют базирующие штифты 4. По плоскости стыка в корпусе образован закрытый кольцевой канал 5 постоянного круглого сечения диаметром D. В кольцевой канал помещен шарик 6 с возможностью свободного движения, т.е. с малым зазором. Каналы подвода измеряемой среды 7 имеют цилиндрическую форму сечением равным сечению кольцевого канала и расположены тангенциально по отношению к последнему. Под действием измеряемой среды шарик будет перемещаться по кольцевому каналу, совершая хаотичное вращательное вращение относительно собственной оси. Это вращение зависит от турбулентности потока измеряемой среды и влияет на частоту касания шариком стенок кольцевого канала. Данный эффект влияет на износ шарика и кольцевого канала. Для снижения турбулентности потока измеряемой среды во входных каналах по их осевым линиям установлены струевыпрямляющие лопатки 8, которые фиксируются штифтами 9. Соединение входных каналов гидравлического блока с магистралями подвода и отвода измеряемой среды осуществляется с помощью монтажных патрубков 10.The body of the hydraulic unit is composed of two half-shells - lower 1 and upper 2 (drawing orientation), which are connected by screws 3 and have locating pins 4. A closed annular channel 5 of constant circular cross section with a diameter D is formed along the joint plane in the case. A ball 6 is placed in the annular channel with the possibility of free movement, i.e. with a small gap. Channels for supplying the measured medium 7 have a cylindrical shape with a cross section equal to the cross section of the annular channel and are located tangentially with respect to the latter. Under the action of the measured medium, the ball will move along the annular channel, making a chaotic rotation about its own axis. This rotation depends on the turbulence of the flow of the measured medium and affects the frequency with which the ball touches the walls of the annular channel. This effect affects the wear of the ball and the annular channel. To reduce the turbulence of the flow of the measured medium, jet-straightening vanes 8 are installed in the inlet channels along their axial lines, which are fixed with pins 9. The inlet channels of the hydraulic unit are connected to the supply and outlet lines of the measured medium by means of mounting pipes 10.

В гидравлическом блоке установлены элементы оптоэлектронного узла схема параметров движения шарика. Имеются две оптические пары светоизлучатель-фотоприемник. На фиг.1 и фиг.2 светоизлучатели 11,12 и фотоприемники 13,14 показаны условно в виде однотипных корпусных деталей. Для присоединения соединительного кабеля предусмотрены два электрических разъема 15,16 (например, типа ШР), которые крепятся к полукорпусам 1,2 с помощью винтов 17. Внутренние части разъемов размещены в сквозном отверстии 18 корпуса сравнительно большего диаметра. Монтажные провода 19, соединяющие оптопары и разъемы, уложены в пазах 20. На фиг.1 монтажные провода условно не показаны.Elements of an optoelectronic unit are installed in the hydraulic unit, a diagram of the parameters of the ball movement. There are two optical pairs of light emitter-photodetector. In figure 1 and figure 2 light emitters 11,12 and photodetectors 13,14 are shown conditionally in the form of the same type of body parts. To connect the connecting cable, two electrical connectors 15.16 (for example, type ШР) are provided, which are attached to the semi-hulls 1.2 with screws 17. The internal parts of the connectors are placed in the through hole 18 of the housing of a relatively larger diameter. Mounting wires 19 connecting the optocouplers and connectors are laid in grooves 20. In Fig.1, the mounting wires are conventionally not shown.

Предлагаемая конструкция позволяет отдельно изготавливать сборочные единицы светоизлучатель и фотоприемник с подпаянными монтажными проводами. Затем эти сборочные единицы крепятся в полукорпусах, после чего концы монтажных проводов подпаиваются к электрическим разъемам. Далее одновременно с укладкой монтажных проводов в пазы 20 осуществляют крепление винтами 17 электрических разъемов. Операция укладки монтажных проводов в пазы упрощается за счет того, что имеется возможность припуск длины проводов разместить в виде петли в отверстии 18 корпуса. При необходимости монтажные провода 19 могут быть закреплены в пазах 20 посредством компаунда. В зависимости от условий использования расходомера (в виде автономного прибора или в составе комплексного агрегата) внешние поверхности могут снабжаться защитными кожухами.The proposed design makes it possible to separately manufacture light emitter and photodetector assembly units with soldered mounting wires. Then these assembly units are fastened in half-shells, after which the ends of the mounting wires are soldered to the electrical connectors. Further, simultaneously with laying the mounting wires in the grooves 20, 17 electrical connectors are fastened with screws. The operation of laying the mounting wires in the grooves is simplified due to the fact that it is possible to place the wire length allowance in the form of a loop in the hole 18 of the housing. If necessary, the mounting wires 19 can be fixed in the grooves 20 by means of a compound. Depending on the conditions of use of the flowmeter (in the form of a stand-alone device or as part of a complex unit), the external surfaces can be equipped with protective covers.

Рассмотрим принцип измерения расхода с применением изложенной конструкции гидравлического блока. Воспользуемся методом моделей (Шарыгин Л.Н. Проектирование конкурентоспособных технических изделий: учебник. - Владимир: ВИТ-принт, 2013. - 290 с. ISBN 975-5-905894-48-0).Consider the principle of flow measurement using the described design of the hydraulic unit. Let's use the model method (Sharygin L.N. Designing competitive technical products: textbook. - Vladimir: VIT-print, 2013. - 290 p. ISBN 975-5-905894-48-0).

Физическая модель гидравлической системы представлена на фиг.4. В эту модель входят - кольцевой канал 5, каналы подвода измеряемой среды 7. Выше было отмечено, что шарик 6 размещен в кольцевом канале с небольшим зазором, значит гидравлическое сопротивление зазора велико, поэтому можно принять, что шарик смещается синхронно с потоком измеряемой среды. Поскольку рассматриваемая гидравлическая система симметрична, произвольно выбираем один подходящий канал входным (верхний по фиг.4), другой - выходным. Оптические пары оптоэлектронного узла съема параметров движения шарика расположены в точках О и К на осевой линии n-n, проходящей между каналами подвода.The physical model of the hydraulic system is shown in Fig.4. This model includes - an annular channel 5, channels for supplying the measured medium 7. It was noted above that the ball 6 is placed in the annular channel with a small gap, which means that the hydraulic resistance of the gap is large, so it can be assumed that the ball moves synchronously with the flow of the measured medium. Since the hydraulic system under consideration is symmetrical, we arbitrarily choose one suitable input channel (upper in figure 4), the other - output. Optical pairs of the optoelectronic unit for reading the ball motion parameters are located at points O and K on the n-n center line passing between the supply channels.

Поток измеряемой среды входит во входной канал, проходит по кольцевому каналу и выходит из выходного канала. В соответствии с соотношениями гидравлических сопротивлений часть потока закольцовывается. Таким образом, в точке К физической модели присутствует только кольцевой поток, а в точке О суммарный - сумма проходного и кольцевого потоков.The flow of the measured medium enters the inlet channel, passes through the annular channel and exits the outlet channel. In accordance with the ratios of hydraulic resistance, part of the flow is looped. Thus, at point K of the physical model there is only an annular flow, and at point O the total flow is the sum of the through and annular flows.

Перейдем к математической модели. Расход измеряемой среды в точке О есть произведение сечения πD²/4 на перемещение D, отнесенное к времени t₀.Let's move on to the mathematical model. The flow rate of the measured medium at the point O is the product of the section πD ² /4 and the displacement D, referred to the time t ₀ .

где D - диаметр шарика.where D is the diameter of the ball.

Аналогично для точки К:Similarly for point K:

Проходной поток составит:The flow will be:

Если поток измеряемой среды не является стационарным, то одновременно будут измеряться интервалы времени (длительности импульсов) t_o и t_к.If the flow of the measured medium is not stationary, then time intervals (pulse durations) t _o and t _k will be measured simultaneously.

Обратимся к электронному блоку. Для наглядности на фиг.5 изображены фотоприемники 13, 14 оптических пар и формирователи 21, 22 сигнала оптопар оптоэлектронного узла съема параметров движения шарика. В целом электронный блок выполнен на типовых элементах электроники. Основу электронного блока составляет вычислитель с индикатором результата 23. Вычислитель реализует зависимость (3), а предварительно в его ячейку памяти записывается константа прибора С:Let's turn to the electronics. For clarity, figure 5 shows the photodetectors 13, 14 of optical pairs and shapers 21, 22 signal optocoupler optoelectronic unit read the parameters of the movement of the ball. In general, the electronic unit is made on standard electronics elements. The basis of the electronic unit is the calculator with the result indicator 23. The calculator implements dependence (3), and the device constant C is first written to its memory cell:

Управляющими сигналами для работы вычислителя являются выходные сигналы устройства подготовки 24. Устройство подготовки построено на базе RS-триггера 25, двух конъюнкторов 26, 27 и генератора опорной частоты 28. На фиг.6 приведены эпюры напряжений на выходах элементов функциональной системы:The control signals for the operation of the calculator are the output signals of the preparation device 24. The preparation device is built on the basis of an RS-trigger 25, two connectors 26, 27 and a reference frequency generator 28. Figure 6 shows the voltage diagrams at the outputs of the elements of the functional system:

U₂₁ - формирователя 21;U ₂₁ - shaper 21;

U₂₂ - формирователя 22;U ₂₂ - shaper 22;

- единичного выхода триггера 25;

- single trigger output 25;

- инверсного выхода триггера 25, а также условно показаны интервалы вычисления В₂₃ и индикации И₂₃.

- inverse trigger output 25, as well as conditionally showing intervals of calculation B ₂₃ and indication AND ₂₃ .

Работает электронный блок следующим образом. Исходное состояние триггера 25 устанавливается обычным образом фронтом электропитания блока. В момент времени t₁ на выходе формирователя 21 появляется прямоугольный импульс длительностью t₀, который поступает на первый вход конъюнктора 26, одновременно фронтом этого импульса триггер 25 устанавливается в единичное состояние. Единичный потенциал триггера поступает на второй вход конъюнктора 26 и первый вход конъюнктора 27. Конъюнктор 26 подготовлен к прохождению импульсов генератора 28 через третий вход. Количество импульсов на выходе t₀ = t₂ - t₁ будет записано в первый входной регистр вычислителя 23.The electronic unit works as follows. The initial state of the flip-flop 25 is set in the usual way by the power supply edge of the block. At the time t ₁ at the output of the shaper 21 appears a rectangular pulse with a duration t ₀ , which is fed to the first input of the conjunctor 26, while the front of this pulse trigger 25 is set to a single state. The unit trigger potential is supplied to the second input of the conjunctor 26 and the first input of the conjunctor 27. The conjunctor 26 is prepared for the passage of pulses of the generator 28 through the third input. The number of pulses at the output t ₀ = t ₂ - t ₁ will be written to the first input register of the calculator 23.

В момент времени t₃ появляется прямоугольный импульс t_к на выходе формирователя 22, который поступает на второй вход конъюнктора 27, а срезом этого импульса (момент времени t₄) опрокидывается в исходное состояние триггер 25. В интервале t_к = t₄ - t₃ происходит запись кода длительности t_к во второй входной регистр вычислителя.At time t ₃ , a rectangular pulse t _to the output of the shaper 22 appears, which is fed to the second input of the conjunctor 27, and the slice of this pulse (time t ₄ ) flips the trigger 25 to its original state. In the interval t _to = t ₄ - t ₃ the duration code t is written _to the second input register of the calculator.

В момент времени t₄ потенциалом инверсного выхода триггера вычислитель со своей тактовой частотой начинает вычисление расхода по формуле (3). Окончание вычисления заканчивается в момент времени t₅. В интервале t₅ - t₆ значение расхода измеряемой среды будет отражаться на индикаторе прибора.At the moment of time t ₄ with the potential of the inverse output of the trigger, the calculator with its clock frequency starts calculating the flow rate according to the formula (3). Computation ends at time t ₅ . In the interval t ₅ - t ₆ , the value of the flow rate of the measured medium will be reflected on the indicator of the device.

Таким образом, если расходомер используется для измерения расхода стационарных потоков, то постоянного значение расхода на индикаторе будет мерцать с частотой работы триггера 25. В случае измерения расхода нестационарных потоков расходомер следует дополнить регистратором результата вычислителя.Thus, if the flow meter is used to measure the flow rate of stationary flows, then the constant value of the flow rate on the indicator will flicker with a trigger frequency of 25. In the case of measuring the flow rate of non-stationary flows, the flow meter should be supplemented with a calculator result recorder.

Пользуются шариковым расходомером прозрачных сред следующим образом. С помощью монтажных патрубков подключают гидравлический блок к магистральным трубопроводам. Соединяют гидравлический и электронный блоки электрическим кабелем. Включают электропитание на электронном блоке. Расходомер готов к использованию. При появлении расхода измеряемой среды шарик начнет движение в кольцевом канале. Оптические пары вырабатывают электрические импульсы, которые доводятся до прямоугольной формы. Длительность этих импульсов кодируется, затем вычислителем доводится до цифрового значения расхода, который отражается на индикаторе.A ball flow meter for transparent media is used as follows. With the help of mounting nozzles, the hydraulic unit is connected to the main pipelines. Connect the hydraulic and electronic units with an electrical cable. Turn on the power supply to the electronic unit. The flow meter is ready for use. When the flow of the measured medium appears, the ball will start moving in the annular channel. Optical pairs produce electrical impulses that are brought to a rectangular shape. The duration of these pulses is encoded, then the calculator is brought to the digital value of the flow rate, which is reflected on the indicator.

Таким образом, предлагаемый шариковый расходомер прозрачных сред обладает высокими эксплуатационными свойствами, которые обусловлены низкой себестоимостью за счет простой и технологичной конструкции. Электронный блок выполнен на типовых элементах электроники. За счет симметричности гидравлического блока исключены ошибки при монтаже. Обслуживание расходомера не требует повышенной квалификации оператора.Thus, the proposed ball flow meter for transparent media has high performance properties, which are due to low cost due to a simple and manufacturable design. The electronic unit is made on standard electronics elements. Due to the symmetry of the hydraulic unit, errors during installation are excluded. Maintenance of the flowmeter does not require advanced operator skills.

Claims

Шариковый расходомер прозрачных сред, содержащий корпус, в котором образован кольцевой канал, гидравлически связанные с ним каналы подвода измеряемой среды, снабженные монтажными патрубками, шарик, размещенный в кольцевом канале с возможностью свободного движения, оптоэлектронный узел съема параметров движения шарика, содержащий последовательно включенные оптическую пару светоизлучатель-фотоприемник, оптический луч которой пересекает траекторию движения шарика, отличающийся тем, что кольцевой канал выполнен закрытым, каналы подвода измеряемой среды сопряжены с концевым каналом тангенциально и снабжены установленными по осевой линии струевыпрямляющими лопатками, а оптоэлектронный узел съема параметров движения шарика выполнен дуплексированным, его оптические пары размещены в зоне диаметральных точек траектории движения шарика на общей осевой линии, проходящей между каналами подвода измеряемой среды.A ball flow meter for transparent media, comprising a body in which an annular channel is formed, channels for supplying the measured medium hydraulically connected to it, equipped with mounting nozzles, a ball placed in the annular channel with the possibility of free movement, an optoelectronic unit for reading the parameters of the ball movement, containing an optical pair connected in series a light emitter-photodetector, the optical beam of which crosses the trajectory of the ball movement, characterized in that the annular channel is made closed, the channels for supplying the measured medium are tangentially coupled with the end channel and equipped with jet-straightening vanes installed along the axial line, and the optoelectronic unit for reading the ball movement parameters is made duplex, its optical pairs are placed in the area of diametrical points of the ball trajectory on a common axial line passing between the channels for supplying the measured medium.