емкостный ротаметр
Классы МПК: | G01F1/24 с магнитной или электрической связью с индикаторным прибором |
Автор(ы): | Бурмака А.А., Деревянченко И.Л., Желябовский В.В., Кнелер Э.Г., Навозенко Г.Н., Овсянников Ю.А. |
Патентообладатель(и): | Бурмака Александр Александрович, Деревянченко Иван Леонидович, Желябовский Владимир Васильевич, Кнелер Эмануил Григорьевич, Навозенко Григорий Никитович, Овсянников Юрий Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-10-19 публикация патента:
27.11.2003 |
Изобретение предназначено для измерения объемного расхода газа. Ротаметр содержит цилиндрическую диэлектрическую трубку с размещенным внутри нее поплавком в форме колпачка, расположенного вверх донышком и надетого на конический стержень, основание которого установлено в нижней части диэлектрической трубки, и измерительный конденсатор емкостного преобразователя. Поплавок выполнен из токопроводного материала, а каждая из обкладок измерительного конденсатора, расположенных на наружной поверхности диэлектрической трубки, представляет собой по меньшей мере пару соединенных между собой трапеций. Ротаметр прост в изготовлении, обеспечивает высокую точность и расширение диапазона измерений. 5 ил. , 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
Емкостный ротаметр, содержащий диэлектрическую трубку с размещенным внутри нее поплавком в форме колпачка, расположенного вверх донышком, и измерительный конденсатор емкостного преобразователя с обкладками, расположенными на наружной поверхности диэлектрической трубки, отличающийся тем, что поплавок выполнен из токопроводного материала и надет на конический стержень, основание которого установлено в нижней части диэлектрической трубки, выполненной цилиндрической, а каждая из обкладок измерительного конденсатора представляет собой по меньшей мере пару соединенных между собой трапеций.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения объемного расхода газа. Известен "Измеритель расхода жидкости и газа" по патенту Швейцарии 252803, G 01 F 1/22, 1938 г., выполненный в виде стеклянной трубки, внутри которой находится коаксиально установленный конический стержень. На коническом стержне насажен кольцевой поплавок, который перемещается в стеклянной трубке под воздействием газа или жидкости до тех пор, пока разница в давлении между нижней и верхней частью поплавка не станет равной весу поплавка. Расход жидкости регистрируется визуально по шкале, закрепленной с внешней стороны стеклянной трубки. Известная конструкция предполагает визуальный съем информации, а следовательно, точность регистрации показаний не соответствует требованиям точности современных измерительных устройств, например, достигаемых средствами вычислительной техники. Известны ротаметры, содержащие конусную трубку с размещенным внутри нее поплавком и преобразователь положения поплавка в выходной сигнал. Ротаметр по а.с. 595625, G 01 F 1/22 имеет преобразователь положения поплавка в виде треугольной обмотки, а поплавок снабжен постоянным магнитом. Ротаметр по а. с. 792076, G 01 F 1/22 содержит поплавок с магнитом и герконы, расположенные вокруг конусной трубки и снабженные обмотками подмагничивания. Недостатком известных устройств является следующее: конусная измерительная трубка, применяемая в ротаметрах, сложна в изготовлении, позволяет производить измерение расхода только в узком диапазоне, что приводит к многообразию ротаметров. При измерении расхода проходящей через ротаметр среды поплавок начинает колебаться внутри трубки, что снижает точность показаний ротаметра. Преобразователи положения поплавка в выходной сигнал сложны, что затрудняет их массовое применение,Наиболее близким по технической сути к предлагаемому решению является емкостный ротаметр по а.с. 1682792, G 02 F 1/22. Известный емкостный ротаметр содержит диэлектрическую коническую трубку с размещенным внутри нее поплавком и измерительный конденсатор емкостного дифференциального преобразователя. Первая и вторая обкладки измерительного конденсатора выполнены в виде треугольников с криволинейным основанием и расположены по обе стороны от третьей обкладки, выполненной в виде прямоугольной полосы. Обкладки конденсатора закреплены на внешней стороне трубки, а поплавок выполнен из материала с высокой диэлектрической проницаемостью. Недостатком известного устройства, кроме перечисленных ранее, является то, что электронная дифференциальная схема преобразователя является сложной и требует очень высокой точности изготовления деталей ротаметра. Конструкция ротаметра по а.с. 1682792 сложна в изготовлении и имеет недостаточную точность измерения, особенно при незначительных расходах измеряемой среды (например, газа). Колебания поплавка внутри конусной трубки увеличивают погрешность измерения расхода среды емкостным дифференциальным преобразователем, что приводит к значительным искажениям истинного значения расхода. При увеличении расхода увеличивается высота поплавка внутри конической трубки, увеличивается расстояние между обкладками конденсатора, что приводит к сложным, нелинейным изменениям значений емкости, которые сложно анализировать для вычисления истинного значения расхода среды. Измерение расхода возможно только в узком диапазоне. Это приводит к необходимости создания большого количества типоразмеров ротаметров. Причем, чем больший расход измеряется, тем ниже точность измерения и сложнее электрическая и электронная схемы автоматизированных средств, обеспечивающих съем и обработку информации. Поэтому использование конических ротаметров для измерения больших индустриальных объемов потребления газа ничтожно мало. Кроме того, интенсивные вихревые потоки измеряемой среды, особенно в верхней части трубки, где очень мала электрическая емкость обкладок конденсатора, приводят к значительным колебаниям поплавка, что резко снижает чувствительность ротаметра. Стабилизация положения поплавка требует дополнительного усложнения конструкции ротаметра. Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - разработка простого и надежного в работе ротаметра, позволяющего производить измерение объемного расхода газа в широком диапазоне с высокой точностью. Предлагаемый ротаметр содержит диэлектрическую трубку с размещенным внутри нее поплавком в форме колпачка, расположенного вверх донышком, и измерительный конденсатор емкостного преобразователя с обкладками, расположенными на наружной поверхности диэлектрической трубки. Новым в ротаметре является то, что поплавок выполнен из токопроводного материала и надет на конический стержень, основание которого установлено в нижней части диэлектрической трубки. Диэлектрическая трубка выполнена цилиндрической, а каждая из обкладок измерительного конденсатора представляет собой по меньшей мере пару соединенных между собой трапеций. Применение в предлагаемом емкостном ротаметре поплавка из токопроводного материала позволяет образовать электрическую схему из двух пар последовательно соединенных перестраиваемых конденсаторов. Каждый из конденсаторов образуется обкладкой, расположенной на поверхности диэлектрической трубки (наружная обкладка конденсатора), и токопроводным поплавком (внутренняя обкладка конденсатора), которые разделены стенкой диэлектрической трубки. С помощью токопроводного поплавка осуществляется соединение этих конденсаторов. Емкостные значения конденсаторов зависят от уровня положения поплавка, которым определяется размер площади наружных обкладок. Емкость конденсатора (см. , например, С.Э. Фриш и Л.В. Тиморева, Курс общей физики, т.2, Москва, 1959 г.) определяется по формуле
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217702/2217702-2t.gif)
где S - площадь пластины конденсатора;
d - расстояние между пластинами;
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217028/949.gif)
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217028/949.gif)
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217702/2217702-3t.gif)
для последовательно соединенных одинаковых конденсаторов. Измерительный конденсатор известного ротаметра, выбранного в качестве прототипа, образуется обкладками, между которыми расположены несколько слоев диэлектрического материала: стенка диэлектрической трубки и поплавок из материала с высокой диэлектрической проницаемостью. Емкость преобразователя перемещения поплавка для таких же условий определяется по формуле
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217702/2217702-4t.gif)
где dп - диаметр поплавка;
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217028/949.gif)
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217028/949.gif)
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217702/8734.gif)
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217702/2217702-5t.gif)
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217702/2217702-6t.gif)
Для предлагаемого емкостного ротаметра общая емкость
![емкостный ротаметр, патент № 2217702](/images/patents/251/2217702/2217702-7t.gif)
Класс G01F1/24 с магнитной или электрической связью с индикаторным прибором
датчик расхода с подвижным магнитом - патент 2505787 (27.01.2014) | ![]() |
устройство для измерения расхода газа - патент 2406976 (20.12.2010) | ![]() |
ротаметр - патент 2290608 (27.12.2006) | |
емкостный ротаметрический преобразователь - патент 2284474 (27.09.2006) | ![]() |
ротаметр - патент 2265806 (10.12.2005) | ![]() |
способ нейтрализации емкости связи емкостного дифференциального преобразователя перемещения с недоступным подвижным электродом и устройство для его реализации - патент 2262078 (10.10.2005) | ![]() |
реле протока жидкости - патент 2248527 (20.03.2005) | ![]() |
счетчик расхода газа - патент 2235977 (10.09.2004) | |
датчик расхода газа - патент 2212020 (10.09.2003) | |
ротаметр - патент 2200935 (20.03.2003) |