RU2625539C1 - Inductive sensor of tachometric liquid metre - Google Patents
Inductive sensor of tachometric liquid metre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625539C1 RU2625539C1 RU2016140585A RU2016140585A RU2625539C1 RU 2625539 C1 RU2625539 C1 RU 2625539C1 RU 2016140585 A RU2016140585 A RU 2016140585A RU 2016140585 A RU2016140585 A RU 2016140585A RU 2625539 C1 RU2625539 C1 RU 2625539C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- target
- inductive sensor
- liquid
- microcontroller
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/10—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
- G01F1/115—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission with magnetic or electromagnetic coupling to the indicating device
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению, а именно к счетчикам измерения расхода количества воды, протекающей в трубах с диаметром прохода больше 40 мм.The invention relates to instrumentation, and in particular to meters for measuring the flow rate of the amount of water flowing in pipes with a passage diameter greater than 40 mm
Известно устройство для измерения расхода жидкости по патенту на изобретение РФ: RU 2238524 С2 от 20.10.2004, МПК G01F 1/075, G01F 15/075 - [1], содержащее корпус, имеющий входное и выходное отверстия, крыльчатку с, по меньшей мере, одним магнитом, счетное устройство с жидкокристаллическим индикатором и герконом, взаимодействующим с магнитом крыльчатки и связанным с вычислительным устройством, включающим интегратор, соединенный с жидкокристаллическим индикатором, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено термореле с датчиком температуры жидкости и задатчиками ступеней срабатывания, а интегратор снабжен несколькими автономными каналами интегрирования, количество которых равно количеству ступеней срабатывания термореле, при этом каждый канал интегратора соединен с соответствующим ему жидкокристаллическим индикатором.A device for measuring fluid flow according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2238524 C2 dated 10.20.2004, IPC G01F 1/075, G01F 15/075 - [1], comprising a housing having an inlet and an outlet, an impeller with at least , with one magnet, a counting device with a liquid crystal indicator and a reed switch interacting with the impeller magnet and connected to a computing device including an integrator connected to the liquid crystal indicator, characterized in that it is additionally equipped with a thermal relay with a liquid temperature sensor and a back sensors of the actuation steps, and the integrator is equipped with several autonomous integration channels, the number of which is equal to the number of actuation stages of the thermal relay, with each channel of the integrator connected to its corresponding liquid crystal indicator.
Недостатком известного устройства [1] является использование в нем крыльчатки с тангенциальным подводом к ней жидкости, что не позволяет использовать данное техническое решение в качестве счетчиков измерения расхода количества воды, протекающей в трубах, с диаметром прохода которых чем больше 40 мм, так как при этом счетчики с крыльчатками не могут обеспечить достаточную точность измерения объема жидкости.A disadvantage of the known device [1] is the use of an impeller with a tangential fluid supply to it, which does not allow the use of this technical solution as meters for measuring the flow rate of the amount of water flowing in pipes with a passage diameter of more than 40 mm, since impeller meters cannot provide sufficient accuracy for measuring fluid volume.
Известно устройство счетчика учета расхода жидкости с аксиальным вводом потока на турбинку (в трубах с диаметром прохода которых чем больше 40 мм) по патенту Украины: UA 73416 С2 от 15.04.2005, МПК G01F 1/10 - [2], содержащее корпус, с установленной в нем турбинкой с магнитом, закрепленным на ее лопасти, на поверхности корпуса закреплено вычислительное приспособление оборотов турбинки, выполненное в виде электронного суммирующего устройства, к чашечке которого подключен геркон, размещенный в плоскости вращения магнита, при этом магнит расположен в средине лопасти турбинки, а на всех других лопастях турбинки установлены утяжелители, вес которых равен весу магнита, и они также расположены посредине лопастей турбинки.A device for a meter for measuring fluid flow with axial flow inlet to a turbine (in pipes with a passage diameter of more than 40 mm) according to the patent of Ukraine: UA 73416 C2 of 04/15/2005, IPC G01F 1/10 - [2], comprising a casing, a turbine installed in it with a magnet mounted on its blades, on the surface of the casing there is a computing device for the rotation of the turbine made in the form of an electronic summing device, a reed switch located in the plane of rotation of the magnet is connected to the cup, while the magnet is located in the middle blade impeller, and at all other impeller blades mounted weights whose weight is equal to the weight of the magnet and they are also located in the middle of the impeller blades.
Основным недостатком устройства [2] является использование в лопатках турбинки магнита и утяжелителей для ее центровки (балансировки), что существенно снижает технологичность изготовление турбинки, а также надежность ее работы.The main disadvantage of the device [2] is the use of a magnet and weighting materials in the blades of the turbine for its alignment (balancing), which significantly reduces the manufacturability of the turbine and its reliability.
Устройство турбинного счетчика расхода воды по патенту на изобретение РФ: RU 2528614 С2 от 20.09.2014, МПК G01F 1/10 - [3], решает задачу устранение недостатков устройства [2] по размещению магнита и утяжелителя (довеска) на цилиндрической части турбинки, и размещению чувствительного элемента - геркона в трубке у цилиндрической части турбинки. Турбинный счетчик расхода воды [3] содержит корпус, в котором на валу в поперечных стенках установлена турбинка с постоянным магнитом и довеском, электронное суммирующее обороты турбинки устройство, к которому подключен геркон, постоянный магнит установлен на торце турбинки, а геркон установлен в отверстии поперечной стенки корпуса, выполненной из немагнитного материала, напротив магнита и подсоединен к входу суммирующего устройства, выполненного в виде счетчика электроимпульсов, работающего от короткого замыкания его входа, в частности, путем замыкания контактов геркона магнитным полем постоянного магнита.The device of a turbine water flow meter according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2528614 C2 dated 09/20/2014, IPC G01F 1/10 - [3], solves the problem of eliminating the disadvantages of the device [2] for placing a magnet and weighting agent (add-on) on the cylindrical part of the turbine, and the placement of the sensing element - reed switch in the tube at the cylindrical part of the turbine. The turbine water flow meter [3] contains a housing in which a turbine with a permanent magnet and an accessory is mounted on the shaft in the transverse walls, an electronic device that sums up the speed of the turbine, to which a reed switch is connected, a permanent magnet is installed on the end of the turbine, and a reed switch is installed in the hole of the transverse wall case made of non-magnetic material, opposite the magnet and connected to the input of the summing device, made in the form of an electric pulse counter, operating from a short circuit of its input, in particular and, by closing the reed switch contacts by a magnetic field of the permanent magnet.
Также известен счетчик текучей среды по патенту на изобретение РФ: RU 2029915 С1 от 27.02.1995, МПК G01F 1/10 - [4], содержащий размещенную в измерительном канале трубопровода турбинку, корпус которой имеет замкнутую полость, редуктор и счетный механизм, установленный на трубопроводе с возможностью взаимодействия с редуктором, в корпусе турбинки выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие, сообщающее измерительный канал с замкнутой полостью, в одной из частей которой размещен редуктор. Часть полости корпуса турбинки, в которой размещен редуктор, может быть сообщена с измерительным каналом через фильтр. Полость корпуса турбинки может быть заполнена жидкостью. Сквозное отверстие может быть выполнено в виде трубчатого канала, связывающего измерительный канал с осевой частью полости корпуса турбинки.A fluid meter according to the patent for the invention of the Russian Federation is also known: RU 2029915 C1 dated 02.27.1995, IPC G01F 1/10 - [4], containing a turbine located in the measuring channel of the pipeline, the casing of which has a closed cavity, a gearbox and a counting mechanism mounted on the pipeline with the possibility of interaction with the gearbox, in the housing of the turbine is made at least one through hole communicating the measuring channel with a closed cavity, in one of the parts of which is placed the gearbox. The part of the cavity of the turbine housing in which the gearbox is located can be communicated with the measuring channel through a filter. The cavity of the turbine housing may be filled with liquid. The through hole can be made in the form of a tubular channel connecting the measuring channel with the axial part of the cavity of the turbine housing.
Недостатком устройств [3] и [4], а также устройств [1] и [2] является то, что в качестве чувствительного элемента в этих устройствах используется геркон, что существенно снижает надежность и долговечность устройства, а также требует создание защиты от внешнего магнитного поля (например, сильного постоянного магнита). Использование магнита закрепленного на крыльчатке или турбинка требует ее тщательной балансировки. Кроме того, при использовании пары «магнит - геркон» невозможно определение направления вращения крыльчатки или турбинки.The disadvantage of devices [3] and [4], as well as devices [1] and [2] is that a reed switch is used as a sensitive element in these devices, which significantly reduces the reliability and durability of the device, and also requires the creation of protection against external magnetic fields (for example, a strong permanent magnet). Using a magnet mounted on an impeller or impeller requires careful balancing. In addition, when using a magnet-reed switch pair, it is not possible to determine the direction of rotation of the impeller or impeller.
Известен турбинный расходомер по патенту на изобретение РФ: RU 2084828 С1 от 20.07.1997, МПК G01F 1/10 - [5], в котором используют катушку индуктивности (электромагнит), взаимодействующую с плоским ферромагнитным материалом, установленным (закрепленным) на турбинке. Турбинный расходомер [5], содержит корпус, входной и выходной обтекатели, установленную на валу крыльчатку и размещенную в полости выходного обтекателя камеру с опорными подшипниками вала и уплотнениями, при этом крыльчатка и вал выполнены полыми с образованием замкнутой полости, заполненной воздухом, с объемом, обеспечивающим нулевую плавучесть крыльчатки и вала в измеряемой среде, а в полости входного обтекателя размещен электромагнит для взаимодействия с установленной на крыльчатке пластиной из магнитного материала, причем корпус, крыльчатка и вал выполнены из немагнитного материала. Расходомер может быть снабжен установленным в выходном обтекателе датчиком осевых перемещений вала, подключенным через регулятор тока к электромагниту.A known turbine flowmeter according to the patent for the invention of the Russian Federation: RU 2084828 C1 from 07.20.1997, IPC G01F 1/10 - [5], which use an inductor (electromagnet) interacting with a flat ferromagnetic material mounted (fixed) on the turbine. The turbine flowmeter [5], comprises a housing, an inlet and outlet cowlings, an impeller mounted on the shaft of the impeller and a chamber with thrust bearings and seals located in the outlet cowl cavity, the impeller and shaft being hollow to form a closed cavity filled with air, with a volume of providing zero buoyancy of the impeller and shaft in the medium being measured, and an electromagnet is placed in the cavity of the inlet fairing to interact with a plate of magnetic material mounted on the impeller, and the casing the stalk and shaft are made of non-magnetic material. The flow meter can be equipped with a shaft axial displacement transducer installed in the output cowl, connected to an electromagnet through a current regulator.
Недостатком турбинного расходомера [5], является сложность его конструкции, и, следовательно, низкая ее надежность. Однако в устройстве [5] электромагнит и пластину из ферромагнитного материала используют не как датчик вращения, а для разгрузки турбинки. Кроме того, в патенте не приведен принцип (способ) работы регистратора вращения турбинки, что не позволяет применить известное техническое решение на практике.The disadvantage of a turbine flow meter [5] is the complexity of its design, and, therefore, its low reliability. However, in the device [5], an electromagnet and a plate of ferromagnetic material are used not as a rotation sensor, but to unload the turbine. In addition, the patent does not describe the principle (method) of operation of the turbine rotation recorder, which does not allow the well-known technical solution to be applied in practice.
Прототипом заявляемого технического решения по использованию в качестве чувствительного элемента катушки индуктивности для определения скорости и направления вращения турбинки, на которой закреплены мишени (сердечники) из плоского ферромагнитного материала является «Датчик вращения для счетчика воды» по патенту Германии: DE 19725806 (А1) от 28.01.1999, МПК G01D 5/20, G01F 1/075, G01F 1/115 - [6]. При этом в устройстве [6] для определения направления вращения используют две катушки индуктивности, каждая из которых соединена с своим конденсатором и соответственно образующими два колебательных контура, которые подсоединены к микроконтроллеру. Мишень, установленная на турбинке имеет, как минимум два сектора с различными ферромагнитными свойствами. В двух колебательных контурах соответственно колебания возбуждаются импульсами с микроконтроллера. Сигналы с колебательных контуров через фиксированное время после возбуждения колебаний (далее - ΔT) поступают на встроенный компаратор, где сравнивается с уровнем цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). После сравнения делается вывод о наличии или отсутствии ферромагнитной мишени (сектора) вблизи чувствительного элемента - катушки индуктивности, а по тому в какой очередности происходит перекрытие катушек индуктивностей относящимся к двум колебательным контурам происходит определение направления вращения и подсчет совершенных полных оборотов турбинки. Далее зная величину объема, соответствующую одному обороту крыльчатки, вычисляется объем протекшей воды в м3.The prototype of the claimed technical solution for using an inductor as a sensitive element to determine the speed and direction of rotation of the turbine, on which targets (cores) of flat ferromagnetic material are mounted, is a "Rotation Sensor for a Water Meter" according to German patent: DE 19725806 (A1) from 28.01 .1999, IPC G01D 5/20, G01F 1/075, G01F 1/115 - [6]. Moreover, in the device [6], two inductors are used to determine the direction of rotation, each of which is connected to its capacitor and, accordingly, to form two oscillatory circuits that are connected to the microcontroller. A target mounted on a turbine has at least two sectors with different ferromagnetic properties. In two oscillatory circuits, respectively, the oscillations are excited by pulses from the microcontroller. The signals from the oscillatory circuits after a fixed time after the excitation of oscillations (hereinafter - ΔT) are fed to the built-in comparator, where it is compared with the level of the digital-to-analog converter (DAC). After comparison, the conclusion is made about the presence or absence of a ferromagnetic target (sector) near the sensing element - the inductor, and by the order in which the inductance coils belonging to the two oscillatory circuits overlap, the direction of rotation is determined and the complete complete revolutions of the turbine are calculated. Further, knowing the volume value corresponding to one revolution of the impeller, the volume of leaking water in m 3 is calculated.
Недостатком устройства - прототипа [6] является необходимость использования двух чувствительных элементов - катушек индуктивности для определения направления вращения турбинки, что усложняет его конструкцию и снижает его надежность работы. Кроме того, при установки прототипа на стандартных турбинный счетчик расхода жидкости необходимо выполнить два технологических отверстия для установки двух катушек индуктивности (двух чувствительных элементов).The disadvantage of the prototype device [6] is the need to use two sensitive elements — inductors to determine the direction of rotation of the turbine, which complicates its design and reduces its reliability. In addition, when installing the prototype on a standard turbine liquid flow meter, two technological holes must be made to install two inductors (two sensing elements).
Технический результат состоит в существенном упрощении конструкции индуктивного датчика и способа его работы, а также повышения надежности работы устройства в целом.The technical result consists in a significant simplification of the design of the inductive sensor and the method of its operation, as well as improving the reliability of the device as a whole.
Технический результат достигается (сущность изобретения) достигается тем, что индуктивный датчик тахометрического счетчика жидкости содержит чувствительный элемент в виде катушки индуктивности, расположенной в заглушенной с одной стороны трубке у ее торца, торец трубки расположен вблизи закрепленной на турбинке мишени, выполненной из плоского ферромагнитного материала, катушка индуктивности соединена кабелем с конденсатором колебательного контура, подсоединенного к микроконтроллеру, турбинка установлена с возможностью вращения в подшипниковых узлах направляющих корпуса счетчика расхода жидкости, конденсатор колебательного контура, подсоединен к микроконтроллеру, размещенному на электронной плате устройства индуктивного датчика, которое герметично закреплено на корпусе счетчика расхода жидкости, при этом турбинка состоит из двух участков: участка с лопастями и цилиндрического участка с мишенью, причем мишень изогнута и закреплена по радиусу цилиндрической части турбинки, а плоская развертка мишени (в плане) выполнена в виде трех одинаковых прямоугольников соединенных двумя тонкими перемычками разной длины.The technical result is achieved (the essence of the invention) is achieved by the fact that the inductive sensor of the tachometric fluid meter contains a sensing element in the form of an inductor located in the tube muffled on one side at its end, the tube end is located near the target mounted on the turbine, made of flat ferromagnetic material, the inductor is connected by a cable to the capacitor of the oscillatory circuit connected to the microcontroller, the impeller is mounted for rotation in the bearing assemblies of the guides of the body of the fluid flow meter, the oscillator circuit capacitor is connected to a microcontroller located on the electronic circuit board of the inductive sensor device, which is hermetically mounted on the housing of the fluid flow meter, while the turbine consists of two sections: a section with blades and a cylindrical section with a target, moreover, the target is curved and fixed along the radius of the cylindrical part of the turbine, and a flat scan of the target (in plan) is made in the form of three identical rectangles with connected by two thin jumpers of different lengths.
Признаки ограничительной части формулы «индуктивный датчик тахометрического счетчика жидкости, содержащий чувствительный элемент в виде катушки индуктивности, расположенной в заглушенной с одной стороны трубке у ее торца, торец трубки расположен вблизи закрепленной на турбинке мишени, выполненной из плоского ферромагнитного материала, катушка индуктивности соединена кабелем с конденсатором колебательного контура, подсоединенного к микроконтроллеру, турбинка установлена с возможностью вращения в подшипниковых узлах направляющих корпуса счетчика расхода жидкости, конденсатор колебательного контура, подсоединен к микроконтроллеру, размещенному на электронной плате устройства индуктивного датчика, которое герметично закреплено на корпусе счетчика расхода жидкости» описывает общие признаки с прототипом [6], установленного на счетчик жидкости.Signs of the restrictive part of the formula "inductive sensor of a tachometric fluid meter containing a sensing element in the form of an inductor located in a tube muffled on one side at its end, the end of the tube is located near a target mounted on a turbine made of flat ferromagnetic material, the inductor is connected by a cable to a condenser of an oscillating circuit connected to a microcontroller, the impeller is mounted for rotation in the bearing assemblies of the rails the housing of the flow meter, the capacitor of the oscillatory circuit is connected to a microcontroller located on the electronic circuit board of the inductive sensor device, which is hermetically mounted on the housing of the flow meter ”describes common features with the prototype [6] installed on the fluid meter.
Введение в формулу изобретения существенного признака: «турбинка состоит из двух участков: участка с лопастями и цилиндрического участка с мишенью» необходимо для облегчения установки ферромагнитной мишени на турбинка, а именно на ее цилиндрический участок. Это также существенно упрощает размещение у мишени чувствительного элемента - катушки индуктивности.An introduction to the claims of the essential feature: “a turbine consists of two sections: a section with blades and a cylindrical section with a target” is necessary to facilitate the installation of a ferromagnetic target on the turbine, namely its cylindrical section. It also greatly simplifies the placement of a sensitive element at the target - an inductor.
Введение в формулу изобретения существенного признака: «мишень изогнута и закреплена по радиусу цилиндрической части турбинки» необходимо для закрепления мишени на цилиндрической поверхности турбинки. Это позволяет разместить чувствительный элемент - катушку индуктивности непосредственно в трубке над цилиндрической поверхностью, что требует минимум изменений в конструкции счетчика жидкости.Introduction to the claims of the essential feature: "the target is curved and fixed along the radius of the cylindrical part of the turbine" is necessary to fix the target on the cylindrical surface of the turbine. This allows you to place the sensitive element - the inductor directly in the tube above the cylindrical surface, which requires a minimum of changes in the design of the liquid meter.
Введение в формулу изобретения существенного признака: «плоская развертка мишени (в плане) выполнена в виде трех одинаковых прямоугольников соединенных двумя тонкими перемычками разной длины» необходимо для создания возможности определения скорости и направления вращения турбинки при помощи одного чувствительного элемента - катушки индуктивности.The introduction to the claims of an essential feature: “a flat scan of the target (in plan) is made in the form of three identical rectangles connected by two thin jumpers of different lengths” is necessary to create the possibility of determining the speed and direction of rotation of the turbine using one sensing element - an inductor.
На графических материалах приведены:On graphic materials are given:
Фиг. 1 - схематичный разрез индуктивного датчика установленного на тахометрический счетчик жидкости.FIG. 1 is a schematic sectional view of an inductive sensor mounted on a tachometric fluid meter.
Фиг. 2 - обобщенная электрическая схема индуктивного датчика счетчика жидкости.FIG. 2 is a generalized circuit diagram of an inductive liquid meter sensor.
Фиг. 3 - плоская развертка мишени (в плане).FIG. 3 - flat scan of the target (in plan).
Фиг. 4 - внешний вид: а) турбинка счетчика расхода жидкости; б) изогнутая мишень из плоского ферромагнитного материала.FIG. 4 - appearance: a) a turbine of a liquid flow meter; b) a curved target of a flat ferromagnetic material.
Фиг. 5 - внешний вид турбинки счетчика жидкости с установленной мишенью: а) вид сбоку; б) вид спереди.FIG. 5 is an external view of a liquid meter turbine with a target installed: a) side view; b) front view.
Фиг. 6 - чертеж плоской развертки мишени с нанесенными размерами, где а) вид сверху, б) вид сбоку.FIG. 6 is a drawing of a flat scan of the target with printed dimensions, where a) is a top view, b) is a side view.
Фиг. 7 - внешний вид турбинного счетчика жидкости с индуктивным датчиком (вид сбоку).FIG. 7 is an external view of a turbine liquid meter with an inductive sensor (side view).
Фиг. 8 - внешний вид турбинного счетчика жидкости с индуктивным датчиком (вид спереди).FIG. 8 is an external view of a turbine fluid meter with an inductive sensor (front view).
Фиг. 9 - увеличенный вид турбинного счетчика жидкости (вид спереди на турбинку и трубку с катушкой индуктивности).FIG. 9 is an enlarged view of a turbine liquid meter (front view of a turbine and a tube with an inductor).
Фиг. 10 - временная диаграмма затухания на выходе колебательного контура.FIG. 10 is a timing diagram of the attenuation at the output of the oscillatory circuit.
Фиг. 11 - схема определения положения микроконтроллером положения мишени на цилиндрической части турбинки.FIG. 11 is a diagram for determining the position of a target position on a cylindrical part of a turbine by a microcontroller.
Индуктивный датчик тахометрического счетчика жидкости содержит чувствительный элемент в виде катушки индуктивности (1), расположенной в заглушенной с одной стороны трубке (2) у ее торца. Торец трубки (2) расположен вблизи закрепленной на турбинке (3) мишени (4). Катушка индуктивности (1) соединена кабелем (5) с конденсатором (6), с которым она образует колебательный контур, подсоединенный к микроконтроллеру (7). Турбинка (3) установлена с возможностью вращения в подшипниковых узлах (8) расположенных в направляющих (9) корпуса счетчика расхода жидкости (10). Конденсатор (3) колебательного контура, подсоединен к микроконтроллеру (7), размещенному на электронной плате устройства индуктивного датчика (11), которое герметично закреплено на корпусе счетчика расхода жидкости (10). Турбинка (3) состоит из двух участков: участка с лопастями (12) и цилиндрического участка (13) с мишенью (4). Мишень (4) выполнена из плоского ферромагнитного материала, изогнута и закреплена по радиусу цилиндрической части турбинки (13). Плоская развертка мишени (в плане) выполнена в виде трех одинаковых прямоугольников (14) соединенных двумя тонкими перемычками разной длины (15) и (16). Мишень (4) может крепится на цилиндрическом участке (13) турбинки (3) при помощи клея, а сверху по своей поверхности на всем цилиндрическом участке (13) дополнительно закреплена лентой или трубкой, например из термоусадочного материала. На цилиндрической части (13) турбинки (3) при ее изготовлении могут быть выполнены углубления по форме устанавливаемой мишени (4). Для установки устройства индуктивного датчика (11) на корпус счетчика расхода жидкости (10) в последнем выполнено отверстие для установки трубки (2) с катушкой индуктивности (1), которая после установки располагается вблизи мишени (4) закрепленной на цилиндрическом участке (13) турбинки (3). Между корпусом счетчика расхода жидкости (10) и устройством индуктивного датчикаThe inductive sensor of the tachometric liquid meter contains a sensing element in the form of an inductor (1) located in the tube (2), which is muffled from one side, at its end. The end of the tube (2) is located near the target (4) fixed on the turbine (3). The inductor (1) is connected by a cable (5) with a capacitor (6), with which it forms an oscillating circuit connected to the microcontroller (7). The turbine (3) is mounted for rotation in the bearing units (8) located in the guides (9) of the housing of the liquid flow meter (10). The capacitor (3) of the oscillatory circuit is connected to a microcontroller (7) located on the electronic circuit board of the inductive sensor device (11), which is hermetically fixed to the housing of the liquid flow meter (10). The turbine (3) consists of two sections: a section with blades (12) and a cylindrical section (13) with a target (4). The target (4) is made of a flat ferromagnetic material, curved and fixed along the radius of the cylindrical part of the turbine (13). The flat scan of the target (in plan) is made in the form of three identical rectangles (14) connected by two thin jumpers of different lengths (15) and (16). The target (4) can be mounted on the cylindrical section (13) of the turbine (3) with glue, and on top of its surface on the entire cylindrical section (13) is additionally fixed with a tape or tube, for example, of heat-shrink material. On the cylindrical part (13) of the turbine (3) during its manufacture, recesses can be made in the shape of the target (4) to be installed. To install the device of the inductive sensor (11) on the body of the liquid flow meter (10), the latter has a hole for installing the tube (2) with an inductor (1), which after installation is located near the target (4) mounted on the cylindrical section (13) of the turbine (3). Between fluid meter body (10) and inductive sensor device
(11) находится уплотнительная прокладка, расположенная на трубке (2). Устройства индуктивного датчика (11) крепится к корпусу счетчика расхода жидкости (10) при помощи резьбовых соединений, например, винтов. Такая конструкция крепления устройства индуктивного датчика (11) на корпус счетчика расхода жидкости (10) обладает простотой и надежностью, и, следовательно, низкими затратами на изготовление, техническое обслуживание и замену при необходимости.(11) there is a gasket located on the tube (2). The inductive sensor device (11) is attached to the body of the liquid flow meter (10) using threaded connections, for example, screws. This design of mounting the device of the inductive sensor (11) to the body of the liquid flow meter (10) is simple and reliable, and, therefore, low costs for manufacturing, maintenance and replacement if necessary.
Работа заявленного устройства состоит в следующем.The operation of the claimed device is as follows.
Поток жидкости (воды) при протекании воздействует на лопасти (12) турбинки (3), установленной в подшипниковых узлах (8), расположенных в направляющих (9) и приводит турбинку (3) (вместе с ее цилиндрическим участком (13) с мишенью (4)) во вращение в ту или иную сторону. При прохождении прямоугольников (14) мишени (4) соединенных двумя тонкими перемычками (15) и (16) разной длины у катушки индуктивности (1), последняя меняет величину своей индуктивности. Следовательно, в колебательном контуре, состоящим из соединенного с катушкой индуктивности (1) при помощи кабеля (5) конденсатора (6) будут меняться параметры затухания возбужденных импульсом микрокроконтролера (7) электрических автоколебаний. При прохождении тонких перемычек (15) и (16) разной длины вблизи катушки индуктивности (1) ее индуктивность не меняется. Тонкие перемычки (15) и (16) разной длины необходимы для упрощения технологии монтажа мишени (4) на цилиндрический участок (13) турбинки с соблюдений точных расстояний промежутков между тремя одинаковыми прямоугольниками (14) мишени (4).The flow of liquid (water) during flow acts on the blades (12) of the turbine (3) installed in the bearing units (8) located in the guides (9) and drives the turbine (3) (together with its cylindrical section (13) with the target ( 4)) in rotation in one direction or another. When rectangles (14) pass through the target (4) connected by two thin jumpers (15) and (16) of different lengths at the inductance coil (1), the latter changes its inductance value. Therefore, in the oscillatory circuit, consisting of a capacitor (6) connected to an inductor (1) using a cable (5), the attenuation parameters of the electrical self-oscillations excited by the microcontroller (7) will change. When thin jumpers (15) and (16) of different lengths pass near the inductor (1), its inductance does not change. Thin jumpers (15) and (16) of different lengths are necessary to simplify the technology of mounting the target (4) on the cylindrical section (13) of the turbine, observing the exact distance between the three identical rectangles (14) of the target (4).
Скорость затухания колебательного контура, образованного катушкой индуктивности (1) и конденсатором (6), зависит от взаимного положения чувствительного элемента (катушка индуктивности (1)) и участка мишени (4), находящейся в непосредственной от него близости. Благодаря расположенному на электронной плате устройства индуктивного датчика (11) цифро-аналоговому преобразователю (ЦАП) встроенному в микроконтроллер (7) происходит генерация опорного напряжения необходимого для определения текущего состояния чувствительного элемента (см. фиг. 1). Сигнал с колебательного контура через фиксированное время после возбуждения колебаний (далее - ΔТ) поступает на встроенный компаратор, где сравнивается с уровнем ЦАП. В случае если амплитуда колебаний в контуре через ΔT меньше заданного уровня, то на выходе компаратора появляется логический ноль, что соответствует состоянию, при котором чувствительный элемент - катушка индуктивности (1) перекрыта закрепленным на цилиндрическом участке (13) прямоугольником (14) из ферромагнитного материала мишени (4) - логический ноль (см. фиг. 12). Напротив, в случае если амплитуда колебаний в колебательном контуре через ΔT будет больше заданного уровня, то на выходе компаратора появляется логическая единица, что соответствует состоянию, при котором чувствительный элемент - катушка индуктивности (1) не перекрыта участком с закрепленным на нем прямоугольника (14) из ферромагнитного материала мишени (4) или перекрыта тонкими перемычками (15) и (16) разной длины на которые катушка индуктивности (1) почти не реагирует (тонкие перемычки (15) и (16) разной длины не влияют на изменение логической единицы на логический ноль). При вращении турбинки (3) происходит последовательная смена положения ее цилиндрического участка (13) с расположенными на нем прямоугольниками (14) из ферромагнитного материала (мишени (4)).The attenuation rate of the oscillatory circuit formed by the inductor (1) and the capacitor (6) depends on the relative position of the sensing element (inductor (1)) and the portion of the target (4) located in close proximity to it. Due to the digital-to-analog converter (DAC) located on the electronic circuit board of the inductive sensor device (11), the reference voltage necessary to determine the current state of the sensitive element is generated in the microcontroller (7) (see Fig. 1). The signal from the oscillatory circuit after a fixed time after the excitation of the oscillations (hereinafter - ΔT) is fed to the built-in comparator, where it is compared with the level of the DAC. If the amplitude of the oscillations in the circuit through ΔT is less than a predetermined level, then a logical zero appears at the output of the comparator, which corresponds to the state in which the sensing element - inductor (1) is blocked by a rectangle (14) fixed on a cylindrical section (13) from ferromagnetic material target (4) - logical zero (see Fig. 12). On the contrary, if the amplitude of the oscillations in the oscillating circuit through ΔT is greater than a predetermined level, then a logical unit appears at the output of the comparator, which corresponds to a state in which the sensing element - inductor (1) is not blocked by a section with a rectangle fixed to it (14) from ferromagnetic material of the target (4) or blocked by thin jumpers (15) and (16) of different lengths to which the inductor (1) almost does not respond (thin jumpers (15) and (16) of different lengths do not affect the change in the logical unity logic zero). During rotation of the turbine (3), a sequential change in the position of its cylindrical section (13) occurs with rectangles (14) located on it from ferromagnetic material (target (4)).
Анализируя сигнал на выходе компаратора, микроконтроллер (7) производит подсчет количества оборотов крыльчатки, а так же оценивает скорость и направление вращения турбинки (3). При этом микроконтроллер (7) при каждой смене сигнала на выходе компаратора (шесть смен состояния на оборот) к текущему значению расхода воды добавляется значение, соответствующее объему воды, проходящему за 1/6 оборота турбинки (3). Когда микроконтроллер (7) зафиксирует 6 смен состояний чувствительного элемента (три участка последовательно следующих логических единиц на выходе компаратора, соответствующих участкам a, b и c (без прямоугольников (14) из ферромагнитного материала), запускается алгоритм определения направления вращения. Анализируя соотношение периодов времени, в течение которого на выходе компаратора сохранялась логическая единица, определяется тип участков (a, b или c) и их последовательность. Так в случае следования участков в очередности а-b-c (где a<b<c) вращение происходит по часовой стрелке. Напротив, в случае следования участков в очередности c-b-a вращение происходит в направлении против часовой стрелки. При фиксации оборота в прямом направлении к текущему значению объема жидкости измеренного в прямом направлении добавляется значение, соответствующее объему жидкости, проходящему за один оборот турбинки (3).By analyzing the signal at the output of the comparator, the microcontroller (7) calculates the number of revolutions of the impeller, and also estimates the speed and direction of rotation of the turbine (3). In this case, the microcontroller (7), at each change of the signal at the output of the comparator (six changes of state per revolution), the value corresponding to the volume of water passing over 1/6 of the turbine revolution (3) is added to the current value of water flow. When the microcontroller (7) detects 6 changes in the state of the sensitive element (three sections of successive logical units at the output of the comparator, corresponding to sections a, b, and c (without rectangles (14) from the ferromagnetic material), the rotation direction determination algorithm is started. during which the logical unit was stored at the output of the comparator, the type of sections (a, b or c) and their sequence are determined, so if sections follow in the sequence a-bc (where a <b <c) On the contrary, if the segments follow the sequence cba, the rotation occurs in the counterclockwise direction. When the rotation is fixed in the forward direction, the value corresponding to the volume of liquid passing in one revolution of the turbine is added to the current value of the liquid measured in the forward direction (3).
Для достижения оптимизации энергопотребления заявленного технического решения используется адаптивный алгоритм. Сущность алгоритма заключается в адаптации количества опросов чувствительного элемента в соответствии со скоростью вращения турбинки (3). После каждого полного оборота происходит проверка количества опросов чувствительного элемента, которое было совершено в течение последнего оборота. В случае если это число становится меньше некоторого заданного (что соответствует возрастанию скорости вращения турбинки), то количество опросов чувствительного элемента увеличивается. В случае же если это число становится больше некоторого заданного (что соответствует снижению скорости вращения турбинки (3)), количества опросов чувствительного элемента - катушки индуктивности (1) уменьшается.To achieve energy optimization of the claimed technical solution, an adaptive algorithm is used. The essence of the algorithm is to adapt the number of polls of the sensitive element in accordance with the speed of rotation of the turbine (3). After each full turn, the number of surveys of the sensitive element that was performed during the last turn is checked. If this number becomes less than a certain one (which corresponds to an increase in the speed of rotation of the turbine), then the number of polls of the sensitive element increases. If this number becomes more than a certain value (which corresponds to a decrease in the speed of rotation of the turbine (3)), the number of polls of the sensitive element, the inductor (1), decreases.
Название заявленного предполагаемого изобретения «Индуктивный датчик тахометрического счетчика жидкости» по отношению к аналогам и прототипу скорректировано согласно ГОСТ 15528-86 «Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа» - [4].The name of the claimed alleged invention "Inductive sensor of a tachometric fluid meter" in relation to analogues and prototype corrected according to GOST 15528-86 "Measuring instruments for flow, volume or mass of flowing liquid and gas" - [4].
Полагаем, что заявленное техническое решение «Индуктивный датчик тахометрического счетчика жидкости», обладает всеми критериями изобретения, так как совокупность заявленных ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения не найдена при проведении патентного поиска для таких устройств и способов их работы, и, следовательно, соответствует критерию «новизна».We believe that the claimed technical solution "Inductive sensor of a tachometric fluid meter", has all the criteria of the invention, since the totality of the claimed restrictive and distinctive features of the claims were not found when conducting a patent search for such devices and methods of their operation, and therefore meets the criterion " novelty".
Наиболее эффективно предлагаемое устройство может быть использовано для общедомовых счетчиков холодной и горячей воды, а также отопления на трубопроводах диаметром более 40 мм. Обладает простотой конструкции по сравнению с аналогами и прототипом. При этом устройство позволяет определять направление вращения турбинки, и, следовательно, определять объемы (расходы) протекающей через турбинный счетчик жидкости в прямом и обратном направлении.The most efficiently proposed device can be used for common house meters of cold and hot water, as well as heating on pipelines with a diameter of more than 40 mm. It has a simplicity of design in comparison with analogues and prototype. Moreover, the device allows you to determine the direction of rotation of the turbine, and, therefore, to determine the volume (flow rate) of fluid flowing through the turbine meter in the forward and reverse directions.
Совокупность признаков формулы изобретения предложенного устройства неизвестна на данном уровне развития техники, и не следует из общеизвестных способов (методик) создания (конструирования) индуктивных датчиков тахометрического счетчика жидкости, а именно:The set of features of the claims of the proposed device is unknown at this level of development of technology, and does not follow from well-known methods (techniques) for creating (constructing) inductive sensors of a tachometric fluid meter, namely:
- для определения вращения тахометра (турбинки) используется только один колебательный контур, что существенно упрощает конструкцию, как тахометрического (турбинного) расходомера, так и принципиальную электрическую схему устройства измерения расхода жидкости,- to determine the rotation of the tachometer (turbine), only one oscillatory circuit is used, which greatly simplifies the design of both the tachometric (turbine) flow meter and the circuit diagram of the device for measuring fluid flow,
- мишень выполнена из тонкого ферромагнитного материала, и при закреплении ее на цилиндрической части турбинки требует минимум усилий по ее монтажу,- the target is made of thin ferromagnetic material, and when fixing it on the cylindrical part of the turbine requires a minimum of effort for its installation,
- сравнительно легкая и надежная балансировка турбинки с закрепленной (распределенной по поверхности цилиндрической части турбинки) тонкой мишени (может быть применено высверливание материала цилиндрической части турбинки без закрепления довесков (грузиков)),- a relatively light and reliable balancing of the turbine with a fixed (distributed over the surface of the cylindrical part of the turbine) thin target (drilling material of the cylindrical part of the turbine without fixing the weights (weights) can be applied),
доказывает соответствие критерию «изобретательский уровень».proves compliance with the criterion of "inventive step".
Реализация и внедрение предложенного «Индуктивного датчика тахометрического счетчика жидкости» не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, что доказывает соответствие критерию «промышленная применимость».The implementation and implementation of the proposed "Inductive sensor tachometric fluid meter" does not present any structural, technical and technological difficulties, which proves compliance with the criterion of "industrial applicability".
Использованные источникиUsed sources
1. Патент на изобретение РФ: RU 2238524 С2 от 20.10.2004, МПК G01F 1/075, G01F 15/075, «Способ и устройство для измерения расхода жидкости».1. Patent for the invention of the Russian Federation: RU 2238524 C2 dated 10.20.2004,
2. Патент Украины: UA 73416 С2 от 15.04.2005, МПК G01F 1/10, «Счетчик учета расхода жидкости».2. Patent of Ukraine: UA 73416 C2 dated 04/15/2005,
3. Патент на изобретение РФ: RU 2528614 С2 от 20.09.2014, МПК G01F 1/10, «Турбинный счетчик расхода воды».3. Patent for the invention of the Russian Federation: RU 2528614 C2 dated 09/20/2014,
4. Патент на изобретение РФ: RU 2029915 С1 от 27.02.1995, МПК G01F 1/10, «Счетчик текучей среды».4. Patent for the invention of the Russian Federation: RU 2029915 C1 dated 02.27.1995,
5. Патент на изобретение РФ: RU 2084828 С1 от 20.07.1997, МПК G01F 1/10, «Турбинный расходомер».5. Patent for the invention of the Russian Federation: RU 2084828 C1 dated 07.20.1997,
6. Патент Германии: DE 19725806 (А1) от 28.01.1999, МПК G01D 5/20, G01F 1/075, G01F 1/115, «Датчик вращения для счетчика воды» - прототип.6. German patent: DE 19725806 (A1) dated 01/28/1999,
7. ГОСТ 15528-86, «Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа» - Термины и определения.7. GOST 15528-86, "Means of measuring the flow, volume or mass of flowing liquid and gas" - Terms and definitions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016140585A RU2625539C1 (en) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Inductive sensor of tachometric liquid metre |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016140585A RU2625539C1 (en) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Inductive sensor of tachometric liquid metre |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2625539C1 true RU2625539C1 (en) | 2017-07-14 |
Family
ID=59495517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016140585A RU2625539C1 (en) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Inductive sensor of tachometric liquid metre |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2625539C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115217736A (en) * | 2022-07-22 | 2022-10-21 | 士商(上海)机械有限公司 | Control device of fluid delivery pump and fluid delivery pump |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2029915C1 (en) * | 1992-07-16 | 1995-02-27 | Лев Николаевич Тетеревятников | Fluid meter |
RU2084828C1 (en) * | 1995-10-06 | 1997-07-20 | Акционерная компания "Транснефтепродукт" | Turbine flowmeter |
DE19725806A1 (en) * | 1997-06-18 | 1999-01-28 | Texas Instruments Deutschland | Rotation sensor, e.g. for battery-powered water meter |
RU2528614C2 (en) * | 2011-01-13 | 2014-09-20 | Степан Павлович Филипчук | Water flow rate turbine counter |
-
2016
- 2016-10-14 RU RU2016140585A patent/RU2625539C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2029915C1 (en) * | 1992-07-16 | 1995-02-27 | Лев Николаевич Тетеревятников | Fluid meter |
RU2084828C1 (en) * | 1995-10-06 | 1997-07-20 | Акционерная компания "Транснефтепродукт" | Turbine flowmeter |
DE19725806A1 (en) * | 1997-06-18 | 1999-01-28 | Texas Instruments Deutschland | Rotation sensor, e.g. for battery-powered water meter |
RU2528614C2 (en) * | 2011-01-13 | 2014-09-20 | Степан Павлович Филипчук | Water flow rate turbine counter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115217736A (en) * | 2022-07-22 | 2022-10-21 | 士商(上海)机械有限公司 | Control device of fluid delivery pump and fluid delivery pump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6114267B2 (en) | Variable frequency electromagnetic flow meter | |
EP2665996B1 (en) | Apparatus and method for determing displacer position in a flowmeter prover | |
US4275291A (en) | Rotation sensor | |
US8746032B1 (en) | Flow metering system | |
KR20160114528A (en) | System for measuring temporally resolved through-flow processes of fluids | |
EP2668473A1 (en) | Flow meter apparatus | |
BR112015011862B1 (en) | METHOD FOR DETERMINING A SIDE MODE RIGIDITY OF ONE OR MORE FLUID TUBES IN A VIBRATORY METER, ELECTRONIC METER, AND, VIBRATORY METER | |
RU2625539C1 (en) | Inductive sensor of tachometric liquid metre | |
US3372589A (en) | Side-saddle magnetic flowmeter | |
US8650946B1 (en) | Thermal flow sensor having an electromagnetic actuator for a cyclic flow modulator | |
US3443432A (en) | Flowmeter | |
CN110823299B (en) | Novel impeller electromagnetic flowmeter | |
Lefebvre et al. | A transient electromagnetic flowmeter and calibration facility | |
RU2351900C2 (en) | Rate-of-flow indicator of liquid mediums in pipelines | |
RU2422775C1 (en) | Installation method of primary converter of ball-type flowmeter | |
RU2807439C1 (en) | Summing induction fuel flow meter | |
RU2599766C2 (en) | Electromagnetic flow meter | |
RU2807438C1 (en) | Summing induction fuel flow meter | |
RU176606U1 (en) | TURBINE-INDUCTIVE FLOW METER | |
RU207240U1 (en) | Liquid meter | |
RU2718123C1 (en) | Device for measuring flow rate of liquid medium | |
RU2807437C1 (en) | Summing inductive fuel flow meter | |
US3183712A (en) | Flowmeter | |
JP6124572B2 (en) | Vortex flow meter | |
RU2180166C2 (en) | Liquid and gas meter ca'-e |