RU2150706C1 - Velocity head sensor - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring fluid speed and generating control signal in air cooling systems. SUBSTANCE: spring- loaded gate valve is hinged on shaft inside sensor casing. Gate valve shaft is mounted in hub and carries rocker arm with balancer and permanent magnet on its opposite end; permanent magnet is engageable with Hall- effect sensor shaping signal that indicates open position of gate valve. Sensor operates in response to definite level of velocity head. EFFECT: improved monitoring of air-cooling system operation. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике, а именно к измерению скорости текучих сред, и может быть использовано в устройствах измерения скоростного напора текучих сред для выработки более точного управляющего сигнала в системах подачи жидкости и газов, системах вентиляции и кондиционирования. The invention relates to technical physics, namely to measuring the speed of fluids, and can be used in devices for measuring the velocity head of fluids to generate a more accurate control signal in liquid and gas supply systems, ventilation and air conditioning systems.

Уровень техники
Известен датчик скоростного напора, выполненный в виде сигнального анемометра, предназначенного для измерения ветра и включающего многолопастный ветроприемник, установленный на подпружиненном валу, корпус, контактную систему и систему сигнализации (см. авт.св. СССР N 277422, G 01 W 1/00, 1971). Кроме того, устройство имеет схему, содержащую реле времени, блокировочное реле и позволяющую исключать выработку сигнала при кратковременных порывах ветра.State of the art
A known pressure sensor made in the form of a signal anemometer designed to measure wind and includes a multi-blade wind receiver mounted on a spring-loaded shaft, a housing, a contact system and an alarm system (see ed. St. USSR N 277422, G 01 W 1/00, 1971). In addition, the device has a circuit containing a time relay, a blocking relay and allowing to exclude the generation of a signal during short-term gusts of wind.

Устройство характеризуется большими габаритами, сложностью конструкции и недостаточной надежностью. Поэтому оно не может быть использовано в малогабаритных системах подачи охлаждающего воздуха. The device is characterized by large dimensions, design complexity and lack of reliability. Therefore, it cannot be used in small-sized cooling air supply systems.

Известен анемометр, содержащий лопасть, установленную в корпусе и поворачивающуюся на угол, пропорциональный усилию, создаваемому воздушным потоком. Жесткая плоская лопасть создает большое сопротивление в потоке. Такое устройство также не может быть использовано в малогабаритных системах воздушного охлаждения из-за большого перекрытия канала подачи воздуха (см. патент США N 3826136, кл. G 01 P 5/04, 1974). Known anemometer containing a blade mounted in the housing and rotating at an angle proportional to the force generated by the air flow. A rigid flat blade creates a lot of flow resistance. Such a device also cannot be used in small-sized air cooling systems due to the large overlap of the air supply channel (see US patent N 3826136, CL G 01 P 5/04, 1974).

Ближайшим аналогом изобретения является датчик скоростного напора потока, выполненный в виде датчика скорости потока, включающего шарнирную подпружиненную заслонку, установленную в корпусе с помощью вала, помещенную своим свободным концом в канал подачи воздуха. Вал связан с потенциометром, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный положению заслонки (см. заявку Великобритании N 1462878, кл. МКИ G 01 P 5/04, 1977). The closest analogue of the invention is a flow velocity sensor, made in the form of a flow velocity sensor, including a spring-loaded hinged valve installed in the housing using a shaft, placed at its free end into the air supply channel. The shaft is connected to a potentiometer, the output of which produces a signal proportional to the position of the damper (see UK application N 1462878, class MKI G 01 P 5/04, 1977).

Известный датчик имеет сложную конструкцию, а плоская заслонка в комбинации с перегородкой канала создает большое сопротивление. Кроме того, датчик не предназначен для выделения положения заслонки, определяющего подачу воздуха с заданным скоростным напором, что делает его неприспособленным для использования в системах контроля систем воздушного охлаждения. The known sensor has a complex structure, and a flat damper in combination with a channel partition creates a lot of resistance. In addition, the sensor is not intended to highlight the position of the damper, which determines the air supply with a given speed pressure, which makes it unsuitable for use in control systems of air cooling systems.

Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание такой конструкции датчика скоростного напора потока, который вырабатывал бы сигнал, соответствующий заранее определенному скоростному напору, достаточному для эффективной работы систем воздушного охлаждения.SUMMARY OF THE INVENTION
The objective of the invention is the creation of such a design of the sensor high-speed pressure head, which would generate a signal corresponding to a predetermined speed head, sufficient for the effective operation of air cooling systems.

Датчик должен обладать высокой надежностью в работе и вносить минимальное сопротивление в охлаждающий поток. The sensor must have high reliability and introduce minimal resistance to the cooling stream.

Согласно изобретению поставленная задача достигается тем, что в датчике скоростного напора преимущественно для систем воздушного охлаждения, содержащем корпус, установленную в нем на валу подпружиненную заслонку, помещаемую внутри канала подвода охлаждающего воздуха, устройство выработки сигнала по положению заслонки, вал заслонки размещен во втулке и снабжен на противоположном конце коромыслом, взаимодействующим с упорами крайних положений заслонки и несущим балансир и постоянный магнит, взаимодействующий с датчиком Холла, формирующим сигнал открытого положения заслонки. According to the invention, the stated task is achieved in that in the high-speed pressure sensor, mainly for air cooling systems, comprising a housing, a spring-loaded damper installed in it on the shaft, placed inside the cooling air supply channel, a signal generation device according to the damper position, the damper shaft is located in the sleeve and provided at the opposite end, a beam that interacts with the stops of the extreme positions of the damper and carries a balancer and a permanent magnet interacting with the Hall sensor yuschim open damper position signal.

Более того, заслонка выполнена криволинейной в поперечном сечении и обращена вогнутой поверхностью к потоку. Moreover, the shutter is made curved in cross section and faces a stream with a concave surface.

Кроме того, установка вала во втулке выполнена с зазором, заполненным вязкой жидкостью на основе кремнеорганического соединения, например полиметилсилоксаном. In addition, the installation of the shaft in the sleeve is made with a gap filled with a viscous liquid based on organosilicon compounds, for example polymethylsiloxane.

Такое выполнение датчика позволяет получить простую и надежную конструкцию, обеспечить четкое формирование сигнала, соответствующего открытому положению заслонки, свидетельствующему о наличии в канале подвода охлаждающего воздуха потока со скоростным напором, достаточным для надежной работы системы охлаждения. This embodiment of the sensor allows to obtain a simple and reliable design, to provide a clear signal formation corresponding to the open position of the damper, indicating the presence in the cooling air supply channel of a flow with a high-speed pressure sufficient for reliable operation of the cooling system.

Перечень фигур
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
фиг. 1 показывает установку датчика в системе охлаждения;
фиг. 2 показывает датчик скоростного напора, выполненный в соответствии с изобретением, с частичным разрезом по оси вращения заслонки;
фиг. 3 показывает вид по "А" на фиг. 2 при снятой крышке датчика;
фиг. 4 показывает сечение B-B на фиг. 2.List of figures
The invention is illustrated by drawings, in which:
FIG. 1 shows a sensor installation in a cooling system;
FIG. 2 shows a pressure head sensor made in accordance with the invention, with a partial section along the axis of rotation of the damper;
FIG. 3 shows a view along “A” in FIG. 2 with the sensor cover removed;
FIG. 4 shows a section BB in FIG. 2.

Сведения, подтверждающие осуществимость изобретения
Датчик скоростного напора 1 (см. фиг. 1) устанавливается на трубопроводе 2, обеспечивающем подачу охлаждающего воздуха от вентилятора 3 к охлаждаемому объекту 4.Information confirming the feasibility of the invention
The pressure sensor 1 (see Fig. 1) is installed on the pipe 2, which supplies cooling air from the fan 3 to the cooled object 4.

Датчик скоростного напора содержит (см. фиг. 2, 3, 4) заслонку 5, установленную на валу 6. При этом вал 6 размещен во втулке 7, установленной в корпусе 8, и на другом конце (противоположном концу закрепления заслонки) снабжен коромыслом 9. Коромысло 9 закреплено на валу 6 и несет с одной стороны постоянный магнит 10, а с другой - балансир 11. The pressure sensor contains (see Fig. 2, 3, 4) a shutter 5 mounted on the shaft 6. In this case, the shaft 6 is placed in the sleeve 7 installed in the housing 8, and at the other end (the opposite end of the shutter fixing) is provided with a rocker 9 The beam 9 is mounted on the shaft 6 and carries on one side a permanent magnet 10, and on the other a balancer 11.

Между коромыслом 9 и втулкой 7 на валу 6 установлена пружина 12, закрепленная своими концами соответственно на коромысле и втулке. Установка датчика 1 выполнена таким образом, чтобы заслонка 5 полностью находилась в канале подачи охлаждающего воздуха, образованного трубопроводом 2. Between the beam 9 and the sleeve 7, a spring 12 is mounted on the shaft 6, fixed by its ends to the beam and the sleeve, respectively. The installation of the sensor 1 is made so that the shutter 5 is completely in the channel for supplying cooling air formed by the pipe 2.

Втулка 7 выполнена таким образом, что отношение ее длины к диаметру вала 6 составляет 10 - 15. Кроме того, установка вала во втулке выполнена с зазором 13, заполненным вязкой жидкостью на основе кремнеорганического соединения, например полиметилсилоксаном. The sleeve 7 is made in such a way that the ratio of its length to the diameter of the shaft 6 is 10 - 15. In addition, the installation of the shaft in the sleeve is made with a gap 13 filled with a viscous liquid based on an organosilicon compound, for example polymethylsiloxane.

Корпус 8 на своей верхней поверхности снабжен упорами:
14 - закрытого положения заслонки, когда заслонка 5 перекрывает входное отверстие трубы 2,
15 - открытого положения заслонки, когда канал, образуемый трубой 2, имеет максимально возможное проходное сечение.The housing 8 on its upper surface is equipped with stops:
14 - closed position of the valve, when the valve 5 overlaps the inlet of the pipe 2,
15 - open position of the shutter, when the channel formed by the pipe 2 has the maximum possible flow area.

Упоры 14 и 15 выполнены в виде винтов, взаимодействующих с соответствующими боковыми гранями коромысла 9. The stops 14 and 15 are made in the form of screws interacting with the corresponding side faces of the rocker arm 9.

Заслонка 5 в поперечном сечении выполнена криволинейной (см. фиг. 4) и установлена таким образом, что ее вогнутая поверхность 16 направлена против набегающего потока охлаждающего воздуха 17. The damper 5 in cross section is made curved (see Fig. 4) and installed in such a way that its concave surface 16 is directed against the incoming flow of cooling air 17.

Кроме того, поверхность корпуса 8 снабжена датчиком Холла 18, установленным таким образом, что при открытом положении заслонки коромысло 9 занимает положение 9а, при котором постоянный магнит 10 располагается напротив него в непосредственной близости от него. In addition, the surface of the housing 8 is equipped with a Hall sensor 18, mounted in such a way that when the damper is open, the beam 9 occupies the position 9a, in which the permanent magnet 10 is located opposite it in the immediate vicinity.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии потока в канале трубы 2 пружина 12 поджимает коромысло 9 к упору закрытого положения 14 и заслонка 5 располагается поперек канала. При включении системы охлаждения поток воздуха в канале отклоняет заслонку 5, перемещая ее до положения 5а, когда поток имеет скоростной напор определенного уровня, соответствующего работоспособности системы охлаждения. При этом коромысло 9 занимает положение 9а, соответствующее открытому положению заслонки 5. The device operates as follows. In the absence of flow in the pipe channel 2, the spring 12 presses the beam 9 against the stop of the closed position 14 and the shutter 5 is located across the channel. When the cooling system is turned on, the air flow in the channel deflects the shutter 5, moving it to position 5a, when the flow has a pressure head of a certain level corresponding to the operability of the cooling system. While the rocker 9 occupies the position 9a, corresponding to the open position of the shutter 5.

В этом положении датчик Холла 18 вырабатывает сигнал, соответствующий логическому "нулю", означающий, что система вентиляции обеспечивает минимально допустимую величину скоростного напора охлаждающего воздуха. При нештатной работе системы охлаждения, когда скоростной напор меньше допустимой величины, коромысло 9 отходит от упора 15, а магнит отходит от датчика Холла 18, который вырабатывает сигнал, соответствующий логической "1". Наличие такого сигнала свидетельствует о неисправной системе охлаждения и требует принятия управляющих воздействий на нее. In this position, the Hall sensor 18 generates a signal corresponding to a logical "zero", meaning that the ventilation system provides the minimum allowable value of the velocity head of the cooling air. During abnormal operation of the cooling system, when the pressure head is less than the permissible value, the beam 9 moves away from the stop 15, and the magnet moves away from the Hall sensor 18, which generates a signal corresponding to the logical "1". The presence of such a signal indicates a faulty cooling system and requires the adoption of control actions on it.

С целью предотвращения ложных срабатываний датчика, вызванных неравномерностью потока, его турбулентностью, предусмотрен демпфер крутильных колебаний вала 6 с заслонкой 5. In order to prevent false alarms of the sensor caused by uneven flow and its turbulence, a torsional vibration damper of the shaft 6 with a shutter 5 is provided.

Демпфирование колебания вала обеспечивается за счет наличия вязкой жидкости в зазоре между валом и втулкой. Shock damping of the shaft is ensured by the presence of a viscous fluid in the gap between the shaft and the sleeve.

Выполненный в соответствии с изобретением датчик скоростного напора обеспечивает его срабатывание для заранее определенного уровня скоростного напора, что позволяет обеспечить действенный контроль за работой систем воздушного охлаждения и таким образом обеспечить надежность работы охлаждаемого оборудования. The velocity head sensor made in accordance with the invention ensures its operation for a predetermined level of velocity head, which makes it possible to provide effective control over the operation of air cooling systems and thus ensure the reliability of the cooled equipment.

Датчик прост по конструкции, имеет минимальные габариты, не требует сложного технического обслуживания. The sensor is simple in design, has a minimum size, does not require complicated maintenance.

Более того, при открытом положении заслонки обеспечивается максимально возможное проходное сечение канала за счет отогнутой задней кромки. Moreover, when the shutter is open, the maximum possible passage section of the channel is ensured due to the bent trailing edge.

Claims (3)

1. Датчик скоростного напора преимущественно для систем воздушного охлаждения, содержащий корпус, шарнирно установленную в нем на валу подпружиненную заслонку, предназначенную для размещения в канале подвода охлаждающего воздуха, и устройство выработки сигнала положения заслонки, отличающийся тем, что вал снабжен закрепленным на противоположном заслонке конце коромыслом, взаимодействующим с упорами крайних положений заслонки и несущим балансир и постоянный магнит, а устройство выработки сигнала положения заслонки выполнено в виде датчика Холла, взаимодействующего с постоянным магнитом и формирующего сигнал открытого положения заслонки. 1. The pressure head sensor is mainly for air cooling systems, comprising a housing, a spring-loaded damper pivotally mounted therein on the shaft, designed to be placed in the cooling air supply channel, and a damper position signal generating device, characterized in that the shaft is provided with an end fixed to the opposite damper the rocker arm, interacting with the stops of the extreme positions of the damper and bearing a balancer and a permanent magnet, and the device for generating a signal of the position of the damper is made in the form of tchika Hall interacting with a permanent magnet and forming an open throttle position signal. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что заслонка выполнена криволинейной в поперечном сечении и обращена вогнутой поверхностью к потоку. 2. The sensor according to claim 1, characterized in that the shutter is made curved in cross section and faces with a concave surface to the flow. 3. Датчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что вал размещен во втулке с зазором, заполненным вязкой жидкостью на основе кремнеорганического соединения, например полиметилсилоксаном. 3. The sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft is placed in the sleeve with a gap filled with a viscous liquid based on an organosilicon compound, for example polymethylsiloxane.

Images