RU2296953C2 - Gas flow meter with transformation of stream oscillation to electronic signal - Google Patents

Abstract

FIELD: tool-making industry, possible use in system for feeding breathing gas onboard an aircraft.

SUBSTANCE: flow meter contains body with input and output connections, inside of which generator of oscillations is positioned with jet discontinuous elements. From outside the body is covered with cover, inside which electronic board with elements of electronic circuit is located. Jet generator is made in form of stapled round plates, equipped with appropriate slits and flow dividers, which are combined into a whole by screws. Mounted on generator is container with piezo-sensor, equipped with rubber linings. Body of measuring device is suspended on two cable shock absorbers of oval shape and two C-shaped cable shock absorbers positioned inside them. Cables of shock absorbers are fastened to metallic piece positioned on the body and placed inside rubber lining. Dressing of ends of all cables is performed using rubber bushings and shock-absorbing washers.

EFFECT: ensured given measurement precision due to minimized influence of external interference (vibration and acoustic noise).

6 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системе подачи газа на дыхание на борту летательных аппаратов.The invention relates to the field of instrumentation and can be used in a gas supply system for breathing on board aircraft.

Особенности устройств для вышеназванных целей описаны, в частности, в книге Цейтлина В.Г. "Техника измерений расхода количества жидкостей, газов и паров". М., 1968 г.Features of devices for the above purposes are described, in particular, in the book of Zeitlin V.G. "Technique for measuring the flow rate of liquids, gases and vapors." M., 1968

Кроме того, можно сослаться и на книгу Агейкина Д.И. и др. "Датчики контроля и регулирования". М.: Машиностроение, 1965 г., где на с.716-717 отображена конструкция датчика расхода.In addition, you can refer to the book Ageykina D.I. and other "Sensors of control and regulation." M .: Engineering, 1965, where on p. 716-717 the design of the flow sensor is displayed.

При разработке бытовых газовых счетчиков НИИ теплоприборов (СКТС) отдано предпочтение пьезоэлементу, оптимальному с точки зрения энергопотребления и обладающему высокой чувствительностью.When developing household gas meters, the Research Institute of Heat Appliances (SCTS) preferred a piezoelectric element that is optimal in terms of energy consumption and has high sensitivity.

Одновременно, в качестве существенного недостатка, отмечается повышенная восприимчивость к помехам (вибрации и акустическому шуму), что накладывает ограничения на область применения пьезоэлементов в системе измерителей расхода газа.At the same time, as a significant drawback, there is an increased susceptibility to interference (vibration and acoustic noise), which imposes restrictions on the scope of piezoelectric elements in the gas flow meter system.

Для измерителей расхода газа, устанавливаемых на борту летательных аппаратов, предусмотрены следующие требования:For gas flow meters installed on board aircraft, the following requirements are provided:

- температурный диапазон работы прибора от -55 до +85°С;- temperature range of the device from -55 to + 85 ° C;

- расход газа от 10 до 50 л/мин;- gas flow from 10 to 50 l / min;

- виброустойчивость прибора в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц с амплитудой ускорения 49,1 м/с² (5g);- vibration resistance of the device in the frequency range from 5 to 2000 Hz with an acceleration amplitude of 49.1 m / s ² (5g);

- акустический шум в диапазоне 50...10000 Гц с уровнем звукового давления 130 дБ.- acoustic noise in the range of 50 ... 10000 Hz with a sound pressure level of 130 dB.

При подобных требованиях использование пьезоэлемента в качестве чувствительного элемента, преобразующего колебания струи в электрический сигнал, становится сложной задачей, хотя преимуществ своих пьезоэлементы утратить не могут.With such requirements, the use of a piezoelectric element as a sensitive element that converts the oscillations of the jet into an electric signal becomes a difficult task, although they cannot lose the advantages of their piezoelectric elements.

Целью изобретения является обеспечение условий работы оптимального с точки зрения энергопотребления высокочувствительного пьезоэлемента в составе измерителя расхода газа при минимизации влияния на него внешних помех (вибрации и акустического шума), позволяющей иметь необходимую точность измерения в составе устройств, используемых на борту летательного аппарата.The aim of the invention is to provide operating conditions optimal from the point of view of energy consumption of a highly sensitive piezoelectric element in the composition of the gas flow meter while minimizing the influence of external noise (vibration and acoustic noise) on it, allowing you to have the necessary measurement accuracy in the composition of the devices used on board the aircraft.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен измеритель расхода газа, общий вид. На фиг.2 изображен измеритель расхода газа с установленным на нем амортизатором, вид сбоку. На фиг.3 то же - вид сверху.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a gas flow meter, General view. Figure 2 shows a gas flow meter with a shock absorber installed on it, side view. In Fig.3 the same is a top view.

На фиг.4 изображена последовательность сборки струйного генератора, состоящего из основания (поз.1), контейнера с пьезодатчиком (поз.2), стоек (поз.13), на которых устанавливаются стапелированные пластины (поз.3-12), обеспечивающие прохождение газовой струи внутри измерителя расхода газа в процессе преобразования ее колебания в электронный сигнал.Figure 4 shows the assembly sequence of the jet generator, consisting of a base (pos. 1), a container with a piezoelectric sensor (pos. 2), racks (pos. 13), on which stacked plates (pos. 3-12) are installed, providing passage a gas jet inside a gas flow meter in the process of converting its oscillations into an electronic signal.

На фиг.5 а, б дано поперечное сечение контейнера с пьезодатчиком и вид на контейнер сверху.Figure 5 a, b shows a cross section of a container with a piezoelectric sensor and a view of the container from above.

Измеритель расхода газа (см. фиг.1) включает в себя струйный генератор 1, контейнер с пьезодатчиком 2, плату с элементами электронной схемы 3, входной штуцер 4, выходной штуцер 5, основание 6, на котором помещен корпус 7.The gas flow meter (see Fig. 1) includes a jet generator 1, a container with a piezoelectric sensor 2, a board with elements of an electronic circuit 3, an input fitting 4, an output fitting 5, a base 6 on which the housing 7 is placed.

Снаружи измеритель расхода газа закрыт кожухом 8, несущим на себе вилку 9, к которой подсоединяется разъем.Outside, the gas flow meter is closed by a casing 8, which carries a plug 9, to which the connector is connected.

Сборка измерителя расхода в единое целое осуществляется при помощи винтов 10, 11, 12, 13, 14, 15.Assembly of the flow meter into a single unit is carried out using screws 10, 11, 12, 13, 14, 15.

Плата с элементами электронной схемы устанавливается на стойках 16.The circuit board with electronic circuit elements is installed on racks 16.

Поскольку работоспособность измерителя расхода газа обуславливается исключением влияния вибрации и акустических шумов на его показания, необходимо прежде всего описать совокупность элементов, обеспечивающих выполнение указанных требований (2-й пункт формулы).Since the performance of the gas flow meter is determined by the exclusion of the influence of vibration and acoustic noise on its readings, it is necessary first of all to describe the set of elements ensuring the fulfillment of these requirements (2nd paragraph of the formula).

На панели 17 (см. фиг.2), обеспечивающей крепление измерителя расхода газа, установлены тросовые амортизаторы 18 и 19, имеющие форму овала с расположением разомкнутой части по оси кожуха 8.On the panel 17 (see figure 2), which secures the gas flow meter, cable shock absorbers 18 and 19 are installed, having the shape of an oval with the location of the open part along the axis of the casing 8.

Вибрации панели 17 гасятся на проволочках тросовых амортизаторов 18 и 19, превращаясь в тепло, которое рассеивается в окружающем пространстве.The vibrations of the panel 17 are damped by the wires of the cable shock absorbers 18 and 19, turning into heat, which is dissipated in the surrounding space.

Однако, как показали испытания, амортизаторы 18 и 19 не в полной мере выполняют свои функции, поэтому на панели 17 дополнительно закреплены тросовые амортизаторы С-образной формы 20 и 21, имеющие большую кривизну, закрепленные выше места крепления амортизаторов 18 и 19 на корпусе 8.However, as tests have shown, the shock absorbers 18 and 19 do not fully perform their functions, therefore, C-shaped cable shock absorbers 20 and 21 are additionally fixed on the panel 17, having a large curvature, fixed above the attachment points of the shock absorbers 18 and 19 on the housing 8.

Дополнительное препятствие на пути воздействия вибрации и акустических шумов образует кольцевая накладка 22, под которую помещена резиновая прокладка 23, образующая кольцо на поверхности кожуха 8.An additional obstacle to the effects of vibration and acoustic noise is formed by an annular plate 22, under which a rubber gasket 23 is placed, forming a ring on the surface of the casing 8.

К накладке 22 прикрепляются проволочные амортизаторы 18, 19, 20, 21.To the plate 22, wire shock absorbers 18, 19, 20, 21 are attached.

Для исключения контакта металла с металлом в месте прикрепления амортизаторов 18, 19, 20, 21 к кожуху 8 крепление концов указанных амортизаторов осуществляется при помощи промежуточных резиновых втулок 24 и набора шайб.To exclude metal-metal contact at the attachment point of the shock absorbers 18, 19, 20, 21 to the casing 8, the ends of the shock absorbers are fastened using intermediate rubber bushings 24 and a set of washers.

Это обеспечивает полноту развязки кожуха 8 по отношению к панели 17, закрепляемой на вибрирующем элементе и воспринимающей акустические шумы.This ensures the completeness of the decoupling of the casing 8 with respect to the panel 17, mounted on a vibrating element and perceiving acoustic noise.

Последним элементом, снижающим влияние внешних помех на показания измерителя расхода газа, являются резиновые прокладки 26 и 27 (см. фиг.6), расположенные в корпусе 30, содержащем пьезодатчик.The last element that reduces the influence of external noise on the readings of the gas flow meter are rubber gaskets 26 and 27 (see FIG. 6) located in the housing 30 containing the piezoelectric transducer.

Перечисленная совокупность элементов образует механическую преграду на пути вибрации и акустического шума, создавая предпосылки для устойчивой работы электронной схемы преобразования колебания струи в электрический сигнал.The listed set of elements forms a mechanical barrier to vibration and acoustic noise, creating the prerequisites for the stable operation of the electronic circuit converting the oscillation of the jet into an electrical signal.

Перечисленная совокупность технических устройств (18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 27) представляет собой первую преграду, возведенную на пути вибраций и акустического шума, тогда как вторая преграда сформирована электронной схемой преобразования колебания струи газа в электрический сигнал.The listed set of technical devices (18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 27) represents the first obstacle erected on the path of vibration and acoustic noise, while the second obstacle is formed by an electronic circuit for converting the oscillations of a gas stream into an electrical signal .

Работа измерителя расхода газа осуществляется следующим образом.The operation of the gas flow meter is as follows.

На входной штуцер 4 (см. фиг.2) подается поток газа, поступающий внутрь струйного генератора, состоящего из стапелированных пластин (см. фиг.4) и контейнера с пьезодатчиком.At the inlet fitting 4 (see FIG. 2), a gas stream is fed into the jet generator, consisting of stacked plates (see FIG. 4) and a container with a piezoelectric sensor.

Каждая пластина снабжена соответствующими прорезями и разделителями потока.Each plate is equipped with corresponding slots and flow dividers.

Струйный генератор расхода содержит несколько струйных дискретных элементов и включает в себя сопло питания, рабочую камеру с наклонными стенками, разделитель, два дренажных канала, управляющие сопла, расположенные симметрично соплу питания и сообщающиеся с каналами обратной связи, связанные с пьезодатчиком.The jet flow generator contains several discrete inkjet elements and includes a power nozzle, a working chamber with inclined walls, a separator, two drainage channels, control nozzles located symmetrically to the power nozzle and communicating with the feedback channels associated with the piezoelectric transducer.

Струйный генератор работает следующим образом.The jet generator operates as follows.

При протекании измеряемого потока через сопло в рабочую камеру в результате эффекта Коанда и эффекта внутренней обратной связи от дефлектора разделителя струя примыкает к одной из стенок, течет вдоль нее и попадает в дренажный канал и в канал обратной связи и далее - в управляющее сопло и вызывает переброс струи в направлении другой стенки.When the measured stream flows through the nozzle into the working chamber as a result of the Coand effect and the internal feedback effect from the separator deflector, the jet adjoins one of the walls, flows along it and enters the drainage channel and the feedback channel and then into the control nozzle and causes a transfer jets in the direction of the other wall.

Затем струя попадает в канал обратной связи, дренажный канал и в управляющее сопло, вызывая опять переброс струи к противоположной стенке. В результате устанавливаются устойчивые колебания струи с частотой, пропорциональной объемному расходу.Then the jet enters the feedback channel, the drainage channel and the control nozzle, again causing the jet to transfer to the opposite wall. As a result, stable oscillations of the jet are established with a frequency proportional to the volumetric flow rate.

Пьезодатчик давления преобразует колебания давлений струи в частоту генерируемого электрического сигнала. Электрический преобразователь усиливает электрический сигнал и преобразует частоту в напряжение.Piezoelectric pressure transducer converts the fluctuation of the pressure of the jet into the frequency of the generated electrical signal. An electrical converter amplifies the electrical signal and converts the frequency to voltage.

Claims (1)

Измеритель расхода газа с преобразованием колебания струи в электронный сигнал, закрытый снаружи кожухом, внутри которого размещена плата с элементами электронной схемы, и содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, внутри которого помещен генератор колебаний со струйными дискретными элементами, выполненный в виде стапелированных круглых пластин, которые соединены в одно целое при помощи стяжных винтов, и контейнер с пьезодатчиком, формирующим сигналы о фактическом расходе газа, установленный на генераторе колебаний, отличающийся тем, что измеритель расхода газа снабжен устройством его виброгасящего закрепления, включающим в себя тросовые амортизаторы овальной конфигурации и С-образной формы, кольцевую металлическую накладку, резиновые прокладки, при этом цилиндрический корпус измерителя расхода подвешен на двух тросовых амортизаторах овальной конфигурации, располагаемых вдоль его боковых поверхностей, и двух тросовых амортизаторах С-образной формы, располагаемых параллельно двум первым амортизаторам внутри них на некотором удалении, причем заделка концов всех тросов, прикрепляемых к располагаемой на кожухе кольцевой металлической накладке, осуществлена с использованием резиновых втулок и соответствующих амортизирующих шайб, кольцевая металлическая накладка помещена на резиновую прокладку, а разделитель, несущий пьезодатчик, установлен на виброизолирующей резиновой прокладке и прижат сверху аналогичной виброизолирующей резиновой прокладкой, образуя своеобразный сэндвич.A gas flow meter with the conversion of the oscillation of the jet into an electronic signal, closed on the outside by a casing, inside which there is a board with elements of an electronic circuit, and containing a housing with input and output fittings, inside which is placed an oscillator with discrete inkjet elements, made in the form of stacked round plates, which are connected together by means of tightening screws, and a container with a piezoelectric sensor, generating signals about the actual gas flow rate, mounted on an oscillation generator, distinguishing The fact that the gas flow meter is equipped with a device for its vibration-suppression fastening, including oval-shaped and C-shaped cable shock absorbers, an annular metal plate, rubber gaskets, while the cylindrical meter body is suspended on two oval-shaped cable shock absorbers located along it side surfaces, and two C-shaped cable shock absorbers arranged parallel to the two first shock absorbers inside them at a certain distance, Of all the cables attached to the annular metal pad located on the casing, it was made using rubber bushings and corresponding shock absorbing washers, the annular metal pad was placed on the rubber gasket, and the separator carrying the piezoelectric transducer was mounted on a vibration-isolating rubber gasket and pressed on top of a similar vibration-isolating rubber gasket, forming a kind of sandwich.

Images