МАССОВЫЙ РАСХОДОМЕР КОРИОЛИСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ Российский патент 2006 года по МПК G01F1/84 G01N33/14 G01N9/36 

Изобретение относится к массовому расходомеру Кориолиса для измерения концентрации.

Массовые расходомеры Кориолиса используются во многих случаях для определения массового расхода текучей среды в секции трубопровода. При этом текучая среда протекает, по меньшей мере, по одной колеблющейся измерительной трубке. В большинстве массовых расходомеров Кориолиса на такой измерительной трубке установлены один возбудитель колебаний и два датчика колебаний. Измерительная трубка и текучая среда совместно образуют колебательную систему, обычно возбуждаемую на ее резонансной частоте. Эта резонансная частота зависит, помимо прочих факторов, от материала и размеров измерительной трубки. Кроме того, она изменяется с изменением плотности протекающей текучей среды. В некоторых случаях, измерительная трубка возбуждается не с достижением резонансной частоты, а, наоборот, с достижением соседней частоты. Оба датчика колебаний регистрируют колебательное движение измерительной трубки в двух местах, отстоящих друг от друга в направлении течения, и преобразуют колебательные движения измерительной трубки в сигналы датчиков. Сигналы обоих датчиков имеют ту же частоту, что и колебательное движение измерительной трубки, но сдвинуты по фазе друг относительно друга. Сдвиг фаз между сигналами этих двух датчиков является мерой удельного массового расхода.

Сигналы датчиков оцениваются в блоке обработки сигналов и преобразуются в сигнал, пропорциональный удельному массовому расходу. Помимо удельного массового расхода можно также определять другие свойства текучей среды, например, ее плотность. С этой целью оценивают частоту колебательного движения измерительной трубки и если это необходимо - определяют температуру протекающей текучей среды.

Такой массовый расходомер Кориолиса известен из находящейся в совместном владении патентной заявки DE 10045537.

При проведении промышленных процессов, интересующей измеряемой величиной часто является концентрация раствора. Это утверждение справедливо применительно к массовым и объемных концентрациям, а также к различным промышленно-специализированным техническим характеристикам концентраций, таким, как градус (плотности) Эшле в виноделии или градус (плотности) Плато в пивоварении. Основным параметром при измерении концентрации в большинстве случаев является плотность текучей среды. Поэтому в массовых расходомерах Кориолиса моделей Promass 63 и Promass 83 фирмы Endress+Hauser® уже реализованы различные функции плотности, например, градусы (плотности) Брикса, градусы (плотности) Плато, градусы (сахарометра) Баллинга, градусы (плотности) Американского нефтяного института (АНИ).

Вместе с тем, однозначного определения различных мер концентрации в технической литературе нет. Разные пользователи пользуются разными определениями, вследствие чего получаются разные значения концентрации.

В случае обычных массовых расходомеров Кориолиса, единственно возможным вариантом при существующем положении вещей является выдача разных значений концентрации.

Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать массовый расходомер Кориолиса для измерения концентрации, являющийся простым и экономичным в изготовлении.

Эта задача решается с помощью массового расходомера Кориолиса для измерения концентрации, охарактеризованного в п.1 формулы изобретения.

Преимущественные дополнительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Основополагающий замысел изобретения состоит в том, чтобы предусмотреть в массовом расходомере Кориолиса для измерения концентрации блок, в котором хранится предварительно определяемая кривая концентрации.

Теперь, на основе примера конкретного варианта осуществления, будет приведено более подробное описание изобретения, иллюстрируемое чертежами, при этом:

на фиг.1 представлен условный чертеж измерительного преобразователя массового расходомера Кориолиса; и

на фиг.2 представлена блок-схема блока обработки сигналов для массового расходомера Кориолиса, имеющего блок определения концентрации.

На фиг.1 представлен условный чертеж измерительного преобразователя 1 для массового расходомера Кориолиса. Измерительный преобразователь 1 расположен в трубопроводе, другие подробности которого не показаны. В трубопроводе протекает текучая среда ТС. Одним из интересующих параметров является удельный массовый расход текучей среды. Соединение с трубопроводом осуществляется посредством двух фланцев 2, 3.

Измерительный преобразователь 1 включает в себя единственную прямую измерительную трубку 4, которая закреплена своим впускным концом на фланце 2 с помощью концевой пластинки 13, а своим выпускным концом - на фланце 3 с помощью концевой пластинки 14.

Фланцы 2, 3 и концевые пластинки закреплены на или в несущей трубке 15.

Чтобы заставить измерительную трубку совершать колебания, в середине измерительной трубки 4 между двумя концевыми пластинками 13, 14 расположен возбудитель 16 колебаний. Этот возбудитель 16 колебаний может представлять собой, например, электромагнитный задающий генератор, состоящий из постоянного магнита 161 и катушки 162. Катушка 162 прикреплена к трубке 15, а постоянный магнит - к измерительной трубке 4. Амплитуду и частоту изгибных колебаний, которые происходят в плоскости чертежа, регулируют электрическим током, протекающим в катушке 162.

Силы Кориолиса возникают в плоскости чертежа, когда по измерительной трубке 4 протекает текучая среда ТС. Результат действия этих сил состоит в том, что все точки измерительной трубки больше не совершают синфазные колебания.

Колебательное движение измерительной трубки 4 регистрируется с помощью двух датчиков 17, 18 колебаний, которые расположены одинаково на несущей трубке - почти симметрично по обе стороны от возбудителя 16 колебаний. Датчики 17, 18 колебаний могут быть, например, электромагнитными преобразователями, которые имеют конструкцию, аналогичную конструкции возбудителя 16 колебаний.

Оба постоянных магнита 171, 181 упомянутого возбудителя прикреплены к измерительной трубке 4, а обе катушки 172, 182 прикреплены к несущей трубке 15. Движение измерительной трубки 4 заставляет магниты 171, 181 индуцировать напряжения в связанных с ними катушках 172, 182, и эти напряжения выдаются в виде аналоговых сигналов датчиков, соответственно Х₁₇ и X₁₈.

Для регистрации температуры текучей среды служат два датчика 19, 20 температуры. Датчик 19 температуры находится на концевой пластинке 13, а датчик 20 температуры находится на несущей трубке 15.

Измерительный преобразователь 1 подсоединен с цифровому блоку обработки сигналов, ЦБОС. Этот блок обработки сигналов, ЦБОС, выдает в качестве своих выходных сигналов замеры удельного массового расхода, плотности и температуры протекающей текучей среды ТС.

На фиг.2 представлена блок-схема блока обработки сигналов, связанного с измерительным преобразователем 1. Помимо выполнения других функций он оценивает сигналы X₁₇, Х₁₈ датчиков и регулирует возбуждения колебаний измерительной трубки 4. Сигналы X₁₇ и X₁₈ обоих датчиков подаются, соответственно в первый усилитель У₁ и второй усилитель У₂. Усиление второго усилителя У₂ изменяют посредством регулируемого коэффициента усиления.

Усилитель У₁ соединен с аналого-цифровым преобразователем АЦП₁ и с параллельным ему разностным каскадом РК₁. Усилитель У₂ соединен со вторым входом разностного каскада PK₁. Выход разностного каскада РК₁ соединен со вторым аналого-цифровым преобразователем АЦП₂. Оба выхода аналого-цифровых преобразователей АЦП₁ и АЦП₂ выдают, соответственно сигнал S₁ датчиков и сигнал D разности, оба - в цифровой форме. Оба выхода соединены с соответствующими входами цифрового блока обработки сигналов, ЦБОС.

Оба датчика 19 и 20 температуры тоже соединены с соответствующими входами упомянутого блока обработки сигналов, ЦБОС.

Упомянутый блок обработки сигналов известным образом выдает на совокупности выходов ВЫХ1, ВЫХ4, ВЫХ5 значения удельного массового расхода, плотности и температуры текучей среды ТС, соответственно. Кроме того, этот блок обработки сигналов, ЦБОС, регулирует ток возбудителя, вызывающий возбуждение колебаний измерительной трубки 4, и коэффициент усиления, КУ, усилителя У₂.

Упомянутый блок обработки сигналов также соединен с блоком 210 определения концентрации. В блоке 210 определения концентрации производится оценка плотности и температуры текучей среды. Блок 210 определения концентрации соединен с отображающим блоком ОБ для отображения желаемого значения концентрации. Помимо представления значения концентрации в отображающем блоке ОБ, можно также осуществить передачу этого значения концентрации в специализированный блок оценки (более подробная информация, о котором не приводится).

Блок 210 определения концентрации хранит кривую концентрации, КК, являющуюся функцией плотности и температуры текучей среды. Ввод текущего значения плотности и текущего значения температуры текучей среды обеспечивает легкое определение желаемой концентрации.

Одна возможность хранения кривой концентрации заключается в хранении соответствующих полиномиальных коэффициентов. Эти полиномиальные коэффициенты можно легко определить, задавая значения концентрации для конкретных значений плотности и температуры и проводя соответствующую полиномиальную аппроксимацию. В наипростейшем случае, предусматривается использование двумерного полинома.

Степень полинома, характерная для полинома плотности, предпочтительно составляет М=4, а степень полинома, характерная для полинома температуры, предпочтительно составляет Z=3.

Вводя различные значения концентрации, пользователь может получить технические характеристики концентрации в контексте нужного ему приложения.

Расходомер содержит измерительный преобразователь, включающий прямую измерительную трубку с возбудителем ее колебаний и двумя датчиками колебаний, закрепленную в несущей трубке, датчики температуры. Сигналы всех датчиков поступают в блок цифровой обработки сигналов (БЦОС), определяющий массовый расход, плотность и температуру текучей среды. БЦОС соединен с блоком определения концентрации, в котором хранится функция концентрации в виде двумерного полинома. Изобретение является простым и экономичным для пользователя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Массовый расходомер Кориолиса для измерения концентрации, содержащий цифровой процессор сигналов, который по сигналам датчиков и сигналам температуры, поступающим из измерительного преобразователя, определяет плотность протекающей текучей среды, и соединенный с ним блок (210) оценки концентрации, в котором хранится кривая концентрации в форме двумерного полинома.2. Массовый расходомер Кориолиса по п.1, отличающийся тем, что степень полинома плотности составляет 4, а степень полинома температуры составляет 3.