RU2071036C1

RU2071036C1 - Electronic meter of liquid and gas flows

Info

Publication number: RU2071036C1
Application number: RU93039003A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Людвикович Егиазарян
Original assignee: Эдуард Людвикович Егиазарян
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1996-12-27

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: meter has diaphragm with a nozzle. The exit cross-section of the nozzle is defined by a relationship in the invention description. The exit opening of the nozzle is tightly closed by a gate. The meter is also provided with a safety-control unit. EFFECT: improved accuracy of measurements. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, к устройствам для измерения количества расхода жидкостей и газов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности, в быту. The invention relates to the field of measuring equipment, to devices for measuring the amount of flow of liquids and gases and can be used in various sectors of the economy, in particular, in everyday life.

Известен расходомер, содержащий корпус, внутри которого размещен чувствительный элемент в виде полупроводниковой диафрагмы, состоящей из центральной части, отделенной от периферийной С-образной щелью, на перемычке между торцами которой размещены тензорезисторы [1]
Указанный расходомер обладает несколькими недостатками:
он не пригоден для измерения малых расходов, когда давление в трубопроводе десятки или сотни мм вд.ст. и расход очень маленький, например единицы и десятки единиц м³/ч. При малых давлениях скоростного потока измеряемая среда протечет через его С-образную щель и не вызовет никаких деформаций перемычек и соответственно, изменений номиналов тензорезисторов, то есть сигнал будет нулевым при малых расходах;
расходомер не может обеспечивать высокую точность, так как до и после центральной части диафрагмы возникает нарушение потока измеряемой среды, турбулентность, за счет чего центральная часть находится под действием пульсирующих сил, которые неуправляемы и воздействуя на нее вносят искажения выходного сигнала;
надежность низка, так как любой ударный поток может привести к пластическим деформациям перемычек или к их поломке.Known flowmeter containing a housing, inside of which there is a sensitive element in the form of a semiconductor diaphragm, consisting of a Central part, separated from the peripheral C-shaped slot, on the jumper between the ends of which are placed strain gauges [1]
The specified flow meter has several disadvantages:
it is not suitable for measuring low flow rates when the pressure in the pipeline is tens or hundreds of mm cent.st. and the flow rate is very small, for example, units and tens of units m ³ / h. At low pressures of the high-speed flow, the measured medium flows through its C-shaped slot and does not cause any deformation of the jumpers and, accordingly, changes in the values of the strain gages, that is, the signal will be zero at low flow rates;
the flowmeter cannot provide high accuracy, since before and after the central part of the diaphragm there is a violation of the flow of the measured medium, turbulence, due to which the central part is under the influence of pulsating forces that are uncontrollable and, acting on it, distort the output signal;
reliability is low, since any shock flow can lead to plastic deformation of the jumpers or to their breakdown.

Известен расходомер, содержащий сужающее устройство в виде диафрагмы с отверстием, установленное между подводящим и отводящим трубопроводами [2] Сужающее устройство снабжено предохранительным элементом с отверстием и выступами. Диафрагма и предохранительный элемент образуют полость, сообщающуюся с отверстием. Расходомер снабжен электронным блоком и индикатором для показа расхода измеряемой среды. Известному расходомеру присущ недостаток низкая точность в области малых давлений. A known flow meter containing a constricting device in the form of a diaphragm with a hole mounted between the inlet and outlet pipes [2] The constricting device is equipped with a safety element with a hole and protrusions. The diaphragm and the safety element form a cavity communicating with the hole. The flowmeter is equipped with an electronic unit and an indicator to show the flow rate of the medium being measured. The known flowmeter has the disadvantage of low accuracy in the field of low pressures.

Технический результат изобретения повышение порога чувствительности и диапазона измерений; измерение очень малых расходов (практически с 0 м³/ч) с высокой точностью; доведение точности измерения очень малых расходов до величин точности измерения при максимальном расходе, создание простого по конструкции и технологии изготовления, удобного в эксплуатации, надежного, безопасного, дешевого счетчика.The technical result of the invention is the increase in the threshold of sensitivity and measurement range; measurement of very small expenses (practically from 0 m ³ / h) with high accuracy; Bringing the measurement accuracy of very small flow rates to the measurement accuracy at maximum flow rate, creating a simple design and manufacturing technology, convenient to use, reliable, safe, cheap meter.

Результат достигается тем, что счетчик, содержащий установленное между подводящим и отводящим трубопроводами сужающее устройство в виде диафрагмы с отверстием-соплом, размещенный на диафрагме мембранный датчик давления, связанный с блоком преобразования сигнала с индикатором, снабжен заслонкой, установленной на упругом элементе в корпусе с возможностью перекрытия выходного сечения сопла, при этом выходное сечение сопла выполнено произвольной геометрической формы, а форма заслонки повторяет форму выходного сечения сопла. The result is achieved by the fact that the meter contains a constricting device between the inlet and outlet pipelines in the form of a diaphragm with an orifice-nozzle, a diaphragm pressure sensor located on the diaphragm, connected to the signal conversion unit with an indicator, equipped with a shutter mounted with an elastic element in the housing overlapping the exit section of the nozzle, while the exit section of the nozzle is made of an arbitrary geometric shape, and the shape of the damper repeats the shape of the exit section of the nozzle.

Счетчик также снабжен предохранительно-регулировочным узлом, размещенным в корпусе напротив заслонки. The counter is also equipped with a safety-adjusting unit located in the housing opposite the damper.

На фиг. 1 упрощенный общий вид счетчика в разрезе (электронный блок без разреза); на фиг.2 проекция счетчика, показанного на фиг.1; на фиг.3 - другая модификация счетчика в разрезе без электронного блока; на фиг.4 5 - фрагменты сужающих устройств; на фиг.6 зависимости перепада давления от расхода. По сути на фиг. 1, 2, 3 показаны базовые модели счетчиков, позволяющие создать унифицированный ряд счетчиков для различных применений. In FIG. 1 simplified General view of the counter in section (electronic unit without section); figure 2 is a projection of the counter shown in figure 1; figure 3 is another modification of the counter in the context without an electronic unit; in Fig.4 5 - fragments of narrowing devices; Fig.6 dependence of the differential pressure on the flow. In fact, in FIG. 1, 2, 3 shows the basic models of meters, allowing you to create a unified series of meters for various applications.

Счетчик содержит (фиг. 1 3) чувствительный элемент 1, закрепленный на диафрагме 2, в центре которого выполнено сужающее устройство сопло 3. К диафрагме закреплена предохраняющая пластина 5 (другая модификация счетчика без пластины 5 фиг.3). Между предохраняющей пластиной 5 и диафрагмой 2 на пружине 7 размещен регулирующий поток элемент 8 (заслонка). The counter contains (Fig. 1 3) a sensing element 1 mounted on the diaphragm 2, in the center of which a narrowing device nozzle 3 is made. A safety plate 5 is fixed to the diaphragm (another version of the counter without plate 5 of Fig. 3). Between the protective plate 5 and the diaphragm 2 on the spring 7 is placed flow control element 8 (shutter).

Весь узел, состоящий из элементов 1 8 размещен в подводящем 9 и отводящем трубопроводе 10. На подводящем 9 и отводящем 10 трубопроводах закреплен электронный блок 11 с индикатором 12. Электронный блок электрически соединен с измерительной схемой чувствительного элемента 11 проводами 13. На упругом элементе 7 закреплен второй чувствительный элемент 14. В трубопроводе вмонтирован предохранительно-регулировочный узел, состоящий из стойки опоры 15 и регулировочного винта 16. The entire assembly consisting of elements 1 to 8 is located in the inlet 9 and outlet pipe 10. An electronic unit 11 with an indicator 12 is fixed to the inlet 9 and outlet 10 pipelines. The electronic unit is electrically connected to the measuring circuit of the sensing element 11 by wires 13. On the elastic element 7 is fixed second sensing element 14. A safety-adjusting unit is mounted in the pipeline, consisting of a support post 15 and an adjusting screw 16.

Сужающие отверстия сопла 3, пружины 7 с заслонкой 8 имеют следующие особенности конструкции:
геометрия выходного сечения отверстия сопла может иметь любую конфигурацию, например, сферическую, параболическую, эллиптическую, щелевую и т.д. (фиг. 1, 3 5). При этом конфигурация заслонки 8 точно повторяет соответствующую конфигурацию выходного отверстия сопла. Это позволяет без зазоров полностью закрывать выходное отверстие сопла. Выбор конфигурации выходного сечения сопла 3, конфигурации заслонки 8 и упругие характеристики пружин 7 определяются из следующих соображений: конкретные конфигурации выходного сечения сопла и заслонки при открывании заслонки должны обеспечивать линейную зависимость перепада давления ΔP от расхода Q; заслонка должна полностью (без зазоров) закрыть выходное сечение сопла; упругие характеристики пружины также должны обеспечить указанную линейную зависимость и обеспечить открывание выходного сечения сопла при минимальном диапазоне измерения счетчика (при минимальном скоростном напоре).The narrowing holes of the nozzle 3, the spring 7 with the shutter 8 have the following design features:
the geometry of the exit section of the nozzle orifice may have any configuration, for example, spherical, parabolic, elliptical, slotted, etc. (Fig. 1, 3 5). The configuration of the shutter 8 exactly repeats the corresponding configuration of the nozzle outlet. This allows without gaps to completely close the nozzle outlet. The choice of the configuration of the output section of the nozzle 3, the configuration of the shutter 8 and the elastic characteristics of the springs 7 are determined from the following considerations: the specific configuration of the output section of the nozzle and shutter when opening the shutter must provide a linear dependence of the pressure drop ΔP on flow Q; the shutter should completely (without gaps) close the outlet section of the nozzle; the elastic characteristics of the spring should also provide the specified linear dependence and ensure the opening of the outlet section of the nozzle with a minimum meter measuring range (with a minimum velocity head).

Электронный блок 11 может быть закреплен непосредственно к подводяще-отводящему трубопроводам 9 и 10 или выполнен выносным для закрепления его в удобном для потребителя месте. The electronic unit 11 can be fixed directly to the inlet-outlet pipelines 9 and 10 or made remote to fix it in a place convenient for the consumer.

Заслонка 8 (фиг.1, 3 4) счетчика может быть снабжена измерительной схемой, состоящей, например, из транзисторов 14, подключенной к электронному блоку 11. В этом исполнении счетчик может измерять статическое давление с помощью мембранного элемента 1 и динамическое давление с помощью заслонки 8. Преобразуя и обрабатывая оба сигнала известными в расходометрии способами на индикаторе мы получим количество расходованной среды (газа, жидкости). The valve 8 (Figs. 1, 3 4) of the meter can be equipped with a measuring circuit consisting, for example, of transistors 14 connected to the electronic unit 11. In this embodiment, the meter can measure static pressure using a membrane element 1 and dynamic pressure using a damper 8. By converting and processing both signals by methods known in flow metering, on the indicator we get the amount of consumed medium (gas, liquid).

В случае пружины 7 с заслонкой 8 без чувствительного элемента 14 они выполняют не измерительную функцию, а только функцию элемента, регулирующего поток измеряемой струи с целью линеаризации функции f(ΔP)=Q.. В случае пружины 7 с заслонкой 8 и с чувствительным элементом 14 они выполняют двойную функцию регулирующего поток элемента и измерителя. In the case of a spring 7 with a shutter 8 without a sensing element 14, they do not perform a measuring function, but only the function of the element that regulates the flow of the measured jet in order to linearize the function f (ΔP) = Q .. In the case of a spring 7 with a shutter 8 and with a sensing element 14 they fulfill the dual function of a flow regulating element and a meter.

Счетчик работает следующим образом. The counter works as follows.

Он подключается к измеряемому объекту и включается питание (автономное или сетевое). При этом индикатор не включается с целью экономии электроэнергии. Он включается в момент снятия показаний с счетчика. При подаче газа или жидкости по подводящему трубопроводу 9 на одну поверхность мембраны 1 начинает воздействовать давление Р₁. Поток измеряемой среды, проходя через сужающее отверстие сопло 3 воздействует на заслонку 8 и упруго деформируя пружину 7, перемещает ее на некоторое расстояние, освобождая выходное сечение сопла 3. При этом в сопле 3 поток ускоряется, вследствие чего на другой стороне мембраны появляется давление Р₂ (Р₁>Р₂). Разница давлений ΔP = P₁-P₂ воспринимается мембраной 1 фиг.1 и 3. Измерительная схема мембраны проходит в разбаланс и сигнал разбаланса подается на электронный блок обработки. Обрабатывая этот сигнал, электронный блок воспроизводит на цифровом индикаторе количество расходуемых газа и жидкости. Так построена работа всех расходомеров, работающих на принципе измерения перепада давления с помощью диафрагмы, сужающего устройства и дифманометра, и у них характеристика описывается кривой 17 (фиг.6).It connects to the measured object and turns on the power (autonomous or network). However, the indicator does not turn on in order to save electricity. It turns on at the time of reading from the meter. When a gas or liquid is supplied through the supply pipe 9, the pressure P ₁ begins to act on one surface of the membrane ₁ . The flow of the measured medium passing through the narrowing opening of the nozzle 3 acts on the shutter 8 and elastically deforming the spring 7, moves it some distance, freeing the outlet section of the nozzle 3. In this case, the flow in the nozzle 3 is accelerated, as a result of which pressure P ₂ appears on the other side of the membrane (P ₁ > P ₂ ). The pressure difference ΔP = P ₁ -P _{2 is} perceived by the membrane 1 of FIGS. 1 and 3. The measuring circuit of the membrane passes into unbalance and the unbalance signal is fed to the electronic processing unit. Processing this signal, the electronic unit reproduces on the digital indicator the amount of gas and liquid consumed. Thus, the work of all flow meters working on the principle of measuring the differential pressure using a diaphragm, a constricting device and a differential pressure gauge is constructed, and their characteristic is described by curve 17 (Fig.6).

В этом случае расходомер измеряет "хорошо" на участке Б этой кривой, а на участке А кривой, что составляет примерно 20 от верхнего диапазона измерений, т.е. в области малых расходов, точность измерения падает. Чтобы повысить чувствительность и точность в области измерения малых расходов, в расходомер введена заслонка 8. При введении заслонки и сопла с изменяемыми геометриями выходного сечения кривая расхода "переворачивается" и принимает вид кривой 18 (фиг. 6). Очевидно, что в этом случае повышается порог чувствительности и точность измерения расходомера во всем диапазоне измерения (за счет повышения точности измерения в области малых расходов). Далее, для линеаризации характеристики расходомера (кривая 18) поверхность заслонки 8 и выходное сечение отверстия сопла выполняются различной формы: сферической, эллиптической, параболической и т.д.), таким образом, чтобы открывание выходного отверстия происходило по определенным законам, а зависимость расхода Q от перепада ΔP приближалась или полностью принимала линейную форму (кривая 19 на фиг.6). In this case, the flow meter measures “well” in section B of this curve, and in section A of the curve, which is approximately 20 from the upper measuring range, i.e. in the field of small expenses, the accuracy of measurement decreases. In order to increase the sensitivity and accuracy in the field of measuring low flow rates, a shutter 8 is introduced into the flowmeter. When a shutter and nozzle with variable exit section geometries are inserted, the flow curve “flips” and takes the form of curve 18 (Fig. 6). Obviously, in this case, the sensitivity threshold and the accuracy of the flowmeter measurement increase over the entire measurement range (by increasing the measurement accuracy in the low flow area). Further, to linearize the characteristics of the flow meter (curve 18), the surface of the shutter 8 and the outlet cross section of the nozzle orifice are of various shapes: spherical, elliptical, parabolic, etc.), so that the opening of the outlet occurs according to certain laws, and the flow dependence Q from the difference, ΔP approached or completely assumed a linear shape (curve 19 in Fig. 6).

Предохранительно-регулировочный узел служит для предохранения от поломки заслонки 8 при ударных перегрузках. Винтом 15 фиксируется рабочий диапазон прогиба заслонки 8. Safety-adjusting unit serves to protect against damage to the shutter 8 during shock overloads. Screw 15 fixes the working range of deflection of the shutter 8.

Claims

1. The Egiazarena microelectronic liquid and gas meter, comprising a constricting device between the inlet and outlet pipelines in the form of a diaphragm with an orifice-nozzle, a diaphragm pressure sensor located on the diaphragm and connected to a signal conversion unit with an indicator, characterized in that it is equipped with a shutter installed on the elastic element in the housing with the possibility of overlapping the output section of the nozzle, while the output section of the nozzle is made of an arbitrary geometric shape, and the shape of the damper repeats the shape of the outlet section of the nozzle.

2. The counter according to claim 1, characterized in that it is equipped with a safety-adjusting unit located in the housing opposite the damper.