Датчик скорости и направления движения твердых частиц

(22) Заявлено 140780 (21 2 о 5616818-10 с присоединением заявки Мо -Государственный комитет С С С Р по делам изобретений н открытий(088,8) . Дата опубликования описания 230283 Г.П.Минаев и Н,М.Страши л(72) Авторыизобретения Тамбовский институт химическог(54) ДАТЧИК СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯТВЕРДЫХ ЧАСТИП Изобретение относится к измеритель=ной технике и может быть использова-.но в химической, нефтехимической,микробиологической промышленности приисследовании параметров струйных течений в псевдоожиженном слое и самого слоя, а также в других дисперсныхсистемах, например при истечении твердых частиц из бункеров, 10Известен динамометрический датчикскорости движения твердой фазы впсевдоожиженном слое, содержаций корпус с расположенным в нем стержнемсо сферическим приемником на конце,Стержень соединен с упругой пластинкой, с обеих сторон которой наклеенытензодатчики. Под воздействием силы,возниканюцей при взаимодействии шарика с движущимися частицами, деформируегся упругая пластина,Тензодатчикипреобразуют величину деФормации пластины в электрический сигнал, которыйзаписывается самопишущим прибором.По величине пика кривой на ленте самописка определяют скорость движения твердой фазы в определенной точке слоя 11.Недостатком данного датчика является невозможность определения пространственного направления скорости движения частиц в слое, а .также малый коэффициент затухания колебаний пластины.Известен также датчик скорости потока жидкости, который может применяться и для измерения скорости частиц в слое, состояций из стержня со сферическим приемным элементом на конце, соединенного с преобразователем, выполненным в риде пластин с установленными на них тензодатчикамн, закрепленных в корпусе. При воздействии силы, возникающей при ударе движушихся частиц о сферический приемный элемент, деформируются упругие пластины. Причем каждая из них измеряет составляющую скорости частиц в данной плоскости. Тензодатчики преобразуют велйчину деформации в электрический сигнал. Этот сигнал от каждой пластины выводится на отдельный канал, например, самопишушего прибора, По величине пиков на кривой опрелеляют величину составляющих об- щей скорости частиц в определеннойплоскости2Недостатком датчика является невозможность определения пространственного направления скорости движения частиц в слое, а также мгяовен 998957ной абсолютной скорости одной частицы в данной точке потока,Упругие пластины имеют малый коэффициент затухания колебаний, вследствие этого колебания, вызванные двумя последовательными ударами частиц,накладываются друг на друга, снижаяточность измерений. Кроме того, величина деформации пластин зависит отизгибающего момента, т.е. не толькоот усилия, действующего на сферический приемный элемент, но и от расстояния от шарика до пластин. Поскольку для расположенных одна за другойпластин регистратора эти расстоянияразличны, то у каждой пластины при одной величине усилия деформаций также будут отличаться по величине, По"этому пластины необходимо тарироватьотдельно. Это усложняет эксперимент,вызывает дополнительные трудностипри обработке результатов. 20 Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является трехкомпонентный датчик пульсаций поля скоростей, содержащий герметичный корпус, датчик лобового сопротивлЕния, систему разложения сил, три датчика линейных перемещений, причем система разложения сил выполнена в виде несущей рамы, З 0 жестко связанной с системой отсчета, трех пар плоских поперечно-продольных и вертикально-продольных пружин, держателей пружин и двух кронштейнов, жестко связанных между собой и свя-. 35 зывающих систему отсчета с датчиком лобового сопротивления так, что каждая пара пружин имеет возможность смещаться только в одной из трех взаимно перпендикулярных плоскостей. 40 Пружины датчика выполнены из материалов с различным коэффициентом жесткости3Недостатками датчика является невысокая точность измерений и трудностииспользования его для измерения скорости и направления движения частиц в псевдоожиженном слое.Цель изобретения - повышение точности .измерений.Поставленная цель достигается тем, что в датчике скорости и направления движения твердых частиц, содержащем .герметичный корпус, стержень со сферическим приемным элементом, систему разложения перемещений на состав ляющие по трем взаимно перпендикулярным плоскостям и три преобразователя линейных перемещений, система разложения перемещений выполнена в виде шести гибких пластин одинаковой жесткости, объединенных попарно и размещенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях последовательно друг за другом, при этом одни концы каждой пары закреплены консольно, а друГие концы объединены перемычкой большей жесткости, чем жесткость самихпластин, причем стержень со сферическим приемным элементом установлен наподвижной перемычке первой пары, другие концы которой консольно закреплены на подвижной перемычке второйпары, выполненной в виде рамы, приэтом другие концы второй пары кон,сольно закреплены на подвижной пере"мычке третьей пары, выполненной в виде крестовины, а другие концы третьей пары консольно закреплены на корпусе датчика.Кроме того, каждый преобразовательлинейных перемещений выполнен в виде по крайней мере двух тензодатчиков, установленных на противоположных поверхностях каждой пары пластин.. С целью уменьшения погрешностиизмерений за счет наложения колебаний от следующих друг за другом частиц, преобразователи дополнительносодержат демпферы, соединенные с плас-.инами.На фиг. 1 изображено устройство,обций вид; на Фиг. 2 - то же, видсверху; на фиг, 3 - то же, вид в изометрии,Датчик скорости и направления движения твердых частиц включает корпус1, приемное устройство 2, в котороевходит сферический приемный элемент3, соизмеримый с размером исследуемых частиц, стержень 4 и регистратор5, состоящий из планки б, пластин 7.,.рамы 8, пластин 9, крестовины 1.0,пластин 11, тенэодатчиков 12, демпферов 13, а также эацитный кожух 14,пленку 15.Датчик работает следующим образом,Усилие, возникаюцее при ударе твердой частицы, движущейся вдоль оси ОХ,о сферический приемный элемент 3, передается через стержень 4, планку б,пластины 7, раму 8, пластины 9, крестовину 10 на пластины 11. Под воздействием этого усилия пластины 11 деформируются, изгиб осуцествляется в плоскостях ХО 2,Если частица движется вдоль осиОУ, то усилие, возникающее при еевэаимодействиии со сферическим приемным элементом 3, передается через.стержень 4, планку б, пластины 7, раму 8 на пластины 9, которые изгибаются в плоскости ХОУ.При взаимодействии сферического приемного элемента 3 с частицей,движуцейся вдоль оси ОЕ, усилие передается через стержень 4, планку б на пластину 7. Деформация пластин осуществляется в плоскости Х 02.Тензодатчики 12, укрепленные на пластинах 7,9,11, преобразуют величину деФормации в электрический .сигнал, который записывается, например,самопишущим прибором. Причем тензодатчики каждой из трех пар пластинсоединены с отдельным каналом прибора,Величина деформации пластин пропорциональна количеству движения частиц. При известной массе частиц имассе регистратора по величине, например, пиков на ленте самопишущегоприбора можно определить скоростьчастицы,движущейся вдоль одной из 10,осей координат.Так как пластины 7,9,11 послеудара совершают:некоторое время упругие колебания, то имеется Вероятностьналожения колебаний .от ударов следую щих одна за другой частиц, а , следо-.вательно, искажения получаемых результатов. Поэтому для гашения колебанийкаждая пластина соединена с.демпфе-ром 13. 20Сечение пластин подобрано такимобразом, что их деформация от усилий,возникающих при ударе, происходиттолько в одной плоскости, в другихдвух дЕформации практически отсутствуют.Пластины 7,9,11 одним концом закреплены консольно, а свободные кон-, цы попарно объединены спомощью более жесткой ; чем пластиным перемычки. Таким образом, рабогая .на изгиб, как консольные балки, каждая из пар обеспечивает независимость от точки приложения действующего на сферичес- кий приемный элемент усилия (при дос-З 5 таточной жесткости стержня 4) и независимость каждой из трех пар плас-,тин друг от друга.ФКроме того, такая конструкция позволяет располагать сФерический приемный элемент 3 на разном расстоянии от корпуса 1, так как величина откло" .ненни сферического приемного, элемента от усилия одной .Величины при раз ной длине стержня 4 будет постоянной. Таким .образом, удаление сферического приемного элемента 3 .от корпуса 1, осуществляемое, например, вращением стержня 4, составляющего винтовуюпару с планкой 6, дает воэможность устранить помехи движению частиц, вызываемые нахождением .рядом с точкой измерения корпуса 1 Причем из- менение расстояния между сефрическими приемным элементом и каждой иэ трех 55 пар пластин не будет влиять на.тари" ровку датчика.Чтобы избежать удара частиц .остер жень 4, на корпусе 1 крепится .защитный кожух 14, Кожух может перемещать 60 ся вдоль оси стержня 4. На конце ко-. жуха закреплена пленка 15 для предотвращения попадания материала слоя внутрь корпуса датчика. Эластичность пленки выбирается такой, чтобы плен ка не прейятствовала перемещениюсферического приемного элемента 3.Если частица будет двигаться нестрого по одной нз осей координат,а под некоторым углом к ним, каждаяиз трех пар пластин будет воспринимать при ударе составляющую абсолютной скорости в своем направлении.Зная величину составляющих, можноопределить величину и направлениямгновенной скорости частиц в пространстве в данной точке зернистогослоя,Использование предлагаемого датчика скорости и направления движениятвердых частиц обеспечивает по сравнению с существующим устройством повышения точности измерений,Формула изобретения1, Датчик скорости и направлений, движения твердых частиц, содержащий герметичный корпус, стержень со сферическим приемным элементом, систему разложения перемещений на составляющие по трем Взаимно перпендикулярным плоскостям и три преобразователЯ линейных перемещений; о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повы-, шения точности измерений, системаразложения перемещений выполнена в виде шести гибких пластин одинаковой жесткости, объединенных попарно и размещенных в трех взаимно. перпендикулярных плоскостях оследовательно друг за другом, при этомодни .койцыкаждой пары закреплены консольно, а другие концы объединены перемыЧкой . большей жесткости, чем жесткость самих пластин, причем стержень со сферическим приемным элементом установлен на подвижной перемычке первойпары, другие концы которой консоль- но закреплены на подвижной перемычке второй пары, выполненной в виде рамы, при этом другие концы второй пары консольно закреплены на подвиж нойперемычке. третьей пары, выполиенной в виде крестовины, а другие концы третьей пары консольно за- креплены на корпусе датчика-2. Датчик по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я .тем, что каждый преобраэователь выполнен в виде по крайней мере двух тензодатчиков,.установленных на противоположных поверхностях каждой пары .пластин.3, Датчик по пп 1 и 2, о т д ич а ю щ и й с я тем,что, сцелью уменьшения погрешности измерений,эа счет наложения колебаний от следующих друг за другом частиц, преобразователи дополнительно содержатдемпферы, соединенные с пластинами.998957 иг. Г ВНИИПИ Заказ 1146/67 Тираж 871 Подписное Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Лифшиц Ю.Е., Житкевич В.П. Измерение локальной скорости движения твердой фазы в псевдоожиженном слое. В кн.; Процессы переноса в аппаратах с дисперсными системечиМинск, 1976, с. 27"34.2. Авторское свидетельство СССРР 481839, кл. С 01 Р 5/08, 1975,"3. Авторское свидетельство СССРМ 423049, кл, 6 01 Р 5/02, 1972.