Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к массовому кориолисову расходомеру и, в частности, к облегченному массовому кориолисову расходомеру, обладающему облегченной системой привода. Настоящее изобретение дополнительно относится к легкому массовому кориолисову расходомеру, обладающему расходомерной трубкой малого диаметра. Настоящее изобретение также дополнительно относится к малогабаритному облегченному массовому кориолисову расходомеру, пригодному для измерения небольших по объему массовых расходов.
Обзор состояния техники
Существующие кориолисовы расходомеры имеют различные размеры и пропускные способности для измерения потока материала и выработки такой информации, как массовые расходы, плотность и т.д., касающейся потока материала. Обычно кориолисовы расходомеры содержат, по меньшей мере, одну расходомерную трубку прямолинейной или сложной конфигурации, которую вынуждают поперечно вибрировать электромагнитным приводом. Поток материала через вибрирующую расходомерную трубку вызывает кориолисовы отклонения расходомерной трубки, которые регистрируются, по меньшей мере, одним датчиком. Датчики формируют выходные сигналы, которые передаются в соответствующую измерительную электронику для формирования информации о потоке материала. Кориолисовы отклонения и результирующие выходные сигналы, сформированные датчиками, пропорциональны массе флюида, протекающего по расходомерной трубке. Кориолисовы отклонения и результирующие выходные сигналы, сформированные датчиками, усиливаются, когда заполненная материалом расходомерная трубка имеет относительно большую массу по сравнению с массой соответствующего привода и датчиков.
Типичные кориолисовы расходомеры с двумя изогнутыми трубками работают с расходами, изменяющимися в пределах, приблизительно, от 100 до 700000 кг/час, и содержат расходомерные трубки с внутренними диаметрами, изменяющимися в пределах, приблизительно, от 0,3 до 11 см. Искомое отношение массы заполненной материалом расходомерной трубки к массе привода и датчиков обычно находится в пределах 10 к 1 или выше. Данное отношение достижимо в обычных кориолисовых расходомерах благодаря относительно большой массе заполненной материалом расходомерной трубки по сравнению с относительно малой массой соответствующих приводов и датчиков.
Сложность состоит в том, чтобы обеспечить подходящее массовое соотношение в облегченных массовых кориолисовых расходомерах, использующих обычные магниты и соответствующие установочные устройства, соединенные с конструкцией вибрирующей расходомерной трубки. Привод, применяемый для сообщения вибрации заполненной материалом расходомерной трубке, обычно представляет собой сочетание магнита с катушкой, где магнит обычно соединен с расходомерной трубкой, а катушка соединена с опорной конструкцией или с другой расходомерной трубкой. Проблема создания облегченных расходомеров определяется массой магнита, поскольку минимально достижимый размер магнита ограничен из металлургических соображений до, приблизительно, 5 мг. Вместе с соответствующим оборудованием, применяемым для крепления магнита к расходомерной трубке, общая масса составляет около 7 мг. Поэтому требуется, чтобы масса заполненной материалом расходомерной трубки была, по меньшей мере, 70 мг, чтобы обеспечивалось искомое массовое соотношение 10 к 1. Сложность состоит в том, чтобы создать массовые кориолисовы расходомеры, содержащие конструкцию заполненной материалом, вибрирующей расходомерной трубки с массой ниже, приблизительно, 70 мг, для измерения небольших по объему массовых расходов.
Сущность изобретения
Вышеуказанные и другие проблемы решаются в настоящем изобретении, в соответствии с которым предлагается массовый кориолисов расходомер, который является небольшим, облегченным, с небольшой массой и идеально подходящим для измерения массового потока и получения информации о плотности при небольшом по объему потоке материала. Расходомер согласно настоящему изобретению имеет небольшой размер, работает с расходами около 10 кг/час или ниже и содержит расходомерные трубки с внутренним диаметром около 2 мм или менее. Например, сама расходомерная трубка может быть диаметром с человеческий волос при соответственной толщине стенки.
Согласно настоящему изобретению расходомерные трубки могут быть выполнены из любого подходящего материала, который в таком случае покрывают магнитным материалом. Магнитный материал может быть образован напылением или осаждением на расходомерную трубку. В качестве альтернативы магнитный материал может быть выполнен за одно целое с расходомерной трубкой или сама расходомерная трубка может быть выполнена из магнитного материала. Настоящее изобретение позволяет избавиться от отдельных магнитов и, тем самым, обойти физическую проблему избыточной массы, а также технологическую проблему регулировки и крепления магнита к расходомерной трубке.
Настоящее изобретение позволяет исключить как приводной, так и измерительные магниты. Кориолисовы измерительные преобразователи обычно используют магнит и катушку в качестве узла фазочувствительного «датчика» для обеспечения информации о степени кориолисова отклонения в расходомерной трубке. В соответствии с настоящим изобретением магнит для узла датчика может быть выполнен так же, как для привода. Поэтому либо приводные, либо измерительные, либо те и другие магниты могут быть выполнены в соответствии с описанием настоящего изобретения.
В соответствии с другим вариантом осуществления очень легкой расходомерной трубки привод выполнен согласно вышеприведенному описанию, и измерительные сигналы вырабатываются оптическими измерениями. Подходящие датчики представляют собой оптические устройства, содержащие светоизлучатель и светоприемник, расположенные на противоположных сторонах расходомерной трубки. Изгибания расходомерной трубки модулируют проходящий световой пучок, который принимается и преобразуется в выходные сигналы, представляющие вибрацию расходомерной трубки вместе с кориолисовым откликом.
Основное преимущество массового кориолисова расходомера согласно настоящему изобретению заключается в использовании магнитного слоя металлизации или покрытия на расходомерной трубке. Данный слой металлизации можно наносить в электролитической ванне, осаждением из паровой фазы, плазменным осаждением или посредством любой другой системы для нанесения покрытия. Описанное решение полезно тем, что очень тонкий слой можно осадить на расходомерной трубке или выполнить как одно целое с ней. В результате на заданной длине трубки распределена очень малая масса, которую используют в данном случае в сочетании с приводной катушкой для сообщения расходомерной трубке соответствующей вибрации. Распределение массы металлизации, а также небольшая масса металлизации способствуют ослаблению влияния изменений плотности на выработанную выходную информацию. Небольшая масса металлизации позволяет массовому кориолисову расходомеру резонировать на подходящей частоте, чтобы можно было повысить точность определения плотности.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения на расходомерной трубке используют магнитное покрытие, которое работает совершенно аналогично магниту и потому обладает внутренним магнитным полем с северным и южным полюсами. В соответствии с другим возможным вариантом осуществления изобретения применяют электролитическую ванну для осаждения магнитно-мягкого материала («ферромагнитного» или «магнитно-проницаемого») на расходомерную трубку. Ферромагнитный материал может лишь притягиваться приводной катушкой. Система привода, использующая данный материал и единственную приводную катушку, является системой только «притягивающего» типа, а не стандартной «притягивающей/отталкивающей системой» обычного массового кориолисова расходомера. Однако противоположные приводные катушки, возбуждаемые каждой из соответствующих половин колебания сигнала возбуждения, обеспечили бы возможность попеременного притягивания расходомерной трубки в противоположных направлениях на частоте возбуждения. В соответствии с другим вариантом осуществления сама расходомерная трубка может быть выполнена из магнитного материала, обладающего внутренним магнитным полем с северным и южным полюсами.
Покрытие из магнитного материала можно выполнить непрерывно по всей расходомерной трубке или только на осевом участке с использованием селективного травления для образования окончательной схемы металлизации. Ферромагнитный материал можно также выполнить из композитной расходомерной трубки, при этом ферромагнитный материал совместно формуют на внешней поверхности расходомерной трубки и затем селективно вытравливают.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения расходомерная трубка является прямой и содержит магнитный материал, осажденный на осевой центральный участок расходомерной трубки. Согласно другому варианту осуществления расходомерная трубка является U-образной с правой и левой ветвями и центральным участком, соединяющим верхние части обеих ветвей. Центральный участок U-образной расходомерной трубки содержит слой магнитного материала, нанесенного на него.
Как вариант осуществления с прямой трубкой, так и вариант осуществления с U-образной расходомерной трубкой представляют расходомеры, которые используют оптические датчики для измерения кориолисового отклика расходомерной трубки, когда ей сообщается вибрация катушкой электромагнита, находящейся непосредственно вблизи осажденного слоя магнитного материала. В соответствии с другим вариантом осуществления магнитный слой выполнен из ферромагнитного материала и принуждается к вибрации только в режиме притягивания одной приводной катушкой. Согласно другому варианту осуществления расходомерная трубка, содержащая слой магнитно-мягкого ферромагнитного материала, принуждается к вибрации в режиме притягивания-отталкивания с использованием пары катушек, расположенных на противоположных сторонах расходомерной трубки. Согласно другому варианту осуществления магнитный материал расположен только на осевом центральном участке расходомерной трубки. Согласно другому варианту осуществления применяется расходомерная трубка, содержащая по всей осевой длине расходомерной трубки осажденный слой магнитного материала. Согласно другому варианту осуществления расходомерная трубка полностью выполнена из магнитного материала. Согласно другому варианту осуществления магнитный материал наносят на всю осевую длину расходомерной трубки.
В соответствии с другим вариантом осуществления расходомер содержит пару U-образных расходомерных трубок, содержащих нанесенный магнитный материал на верхнем центральном участке, оптические датчики на каждой ветви расходомерной трубки и приводной магнит, расположенный между расходомерными трубками. Согласно другому варианту осуществления массовый кориолисов расходомер содержит пару прямых трубок, содержащих осажденный на них магнитный материал, оптические датчики и приводную катушку, расположенную между расходомерными трубками. Согласно другому варианту осуществления прямые расходомерные трубки в паре ориентированы параллельно друг другу и принуждаются к вибрации магнитами, расположенными на внешней стороне расходомерной трубки. Согласно другому варианту осуществления массовый кориолисов расходомер содержит параллельные расходомерные трубки, выполненные из магнитного материала, который является магнитным, и содержит приводной магнит и пару измерительных магнитов, расположенных между параллельными расходомерными трубками.
Таким образом, очевидно, что массовый кориолисов расходомер согласно настоящему изобретению обеспечивает прогресс в данной области техники, благодаря тому, что предложен массовый кориолисов расходомер, который на несколько порядков меньше и легче по сравнению с существующими массовыми кориолисовыми расходомерами, выполненными из металла. Хотя целью настоящего изобретения являются малогабаритные массовые кориолисовы расходомеры, преимущества, предлагаемые вышеописанным решением, равным образом применимы к более крупным датчикам.
Объекты изобретения
Объектом изобретения является кориолисов расходомер, содержащий:
расходомерно-трубное средство, предназначенное для приема потока материала;
приводную катушку;
измерительную электронику, которая подает сигнал возбуждения в упомянутую приводную катушку для сообщения вибрации упомянутому расходомерно-трубному средству с потоком материала;
при этом вибрация упомянутого расходомерно-трубного средства с потоком материала вызывает кориолисовы отклонения упомянутого расходомерно-трубного средства; и
устройство датчика, связанное с упомянутым расходомерно-трубным средством, для формирования измерительных сигналов, представляющих упомянутые кориолисовы отклонения упомянутого расходомерно-трубного средства; и
средство для подачи упомянутых измерительных сигналов в упомянутую измерительную электронику для формирования выходных сигналов, представляющих упомянутый поток материала;
отличающийся тем, что;
магнитный материал входит в состав, по меньшей мере, части указанного расходомерно-трубного средства;
указанная приводная катушка в ответ на указанную подачу сигнала возбуждения предназначена создавать магнитное поле, которое взаимодействует с указанным магнитным материалом для сообщения вибрации указанному наполненному материалом расходомерно-трубному средству.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал содержит слой ферромагнитного материала на, по меньшей мере, части внешней поверхности упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал имеется в наличии на менее, чем всей осевой длине упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал имеется в наличии на всей осевой длине упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал содержит ферромагнитный материал, составляющий одно целое с, по меньшей мере, внешним радиальным участком упомянутого расходомерно-трубного средства;
при этом упомянутый ферромагнитный материал лишен внутреннего магнитного поля.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал входит в состав менее, чем по всей осевой длине упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал входит в состав по всей осевой длине упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал содержит магнитно-жесткий материал, обладающий независимыми магнитными полями.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал содержит внешний слой, имеющийся в наличии на менее, чем всей осевой длине указанного расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте указанный магнитный материал содержит внешний слой, имеющийся в наличии на всей осевой длине упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал составляет одно целое с, по меньшей мере, внешним радиальным участком упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал входит в состав менее, чем по всей осевой длине упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал входит в состав по всей осевой длине упомянутого расходомерно-трубного средства.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство является прямым.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет сложную форму.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет U-образную форму.
В предпочтительном варианте упомянутое устройство датчика содержит первый и второй оптические датчики, каждый из которых содержит светоизлучатель и светоприемник, который преобразует принятый свет в электрические сигналы.
В предпочтительном варианте упомянутая приводная катушка сообщает вибрацию упомянутому расходомерно-трубному средству только в режиме притягивания, в котором материал упомянутого расходомерно-трубного средства магнитно притягивается к упомянутой приводной катушке при ее возбуждении электрическим током и в котором собственная упругость упомянутого расходомерно-трубного средства возвращает упомянутое расходомерно-трубное средство в состояние покоя после прекращения электрического тока.
В предпочтительном варианте упомянутая приводная катушка образует первую приводную катушку;
при этом упомянутый кориолисов расходомер дополнительно содержит вторую приводную катушку;
упомянутая первая приводная катушка и упомянутая вторая приводная катушка расположены с противоположных сторон упомянутого расходомерно-трубного средства;
упомянутая измерительная электроника подает встречные синусоидальные токи в упомянутую первую приводную катушку и упомянутую вторую приводную катушку для создания периодически изменяющихся магнитных полей, которые сообщают вибрацию упомянутому расходомерно-трубному средству периодически в режиме притягивания-отталкивания между упомянутой первой приводной катушкой и упомянутой второй приводной катушкой.
В предпочтительном варианте массовый расход упомянутого потока материала меньше 10000 грамм в час.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет внутренний диаметр менее 2 миллиметров.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет внутренний диаметр менее 2 миллиметров и при этом упомянутый массовый расход упомянутого потока материала меньше 10000 грамм в час.
В предпочтительном варианте массовый расход упомянутого потока материала меньше 10 грамм в час.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет внутренний диаметр менее 0,2 миллиметра.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет внутренний диаметр менее 0,2 миллиметра и при этом упомянутый массовый расход упомянутого потока материала меньше 10 грамм в час.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет внутренний диаметр менее 0,9 миллиметра.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство имеет внутренний диаметр менее 0,9 миллиметра и при этом упомянутый массовый расход меньше 10000 грамм в час.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство содержит одну расходомерную трубку.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство содержит первую расходомерную трубку и вторую расходомерную трубку, параллельную упомянутой первой расходомерной трубке;
при этом упомянутая приводная катушка расположена между упомянутой первой расходомерной трубкой и упомянутой второй расходомерной трубкой для сообщения вибрации в противофазе упомянутой первой расходомерной трубке и упомянутой второй расходомерной трубке.
В предпочтительном варианте упомянутая первая расходомерная трубка и упомянутая вторая расходомерная трубка имеют U-образную форму, при этом каждая имеет левую ветвь и правую ветвь, соединенные верхним центральным элементом;
при этом упомянутое устройство датчика содержит первый и второй оптические датчики непосредственно вблизи упомянутых расходомерных трубок для формирования упомянутых измерительных сигналов, представляющих упомянутые кориолисовы отклонения упомянутых расходомерных трубок.
В предпочтительном варианте упомянутая приводная катушка расположена непосредственно вблизи осевого среднего участка упомянутого верхнего центрального элемента.
В предпочтительном варианте упомянутый магнитный материал содержит магнитно-жесткий магнитный материал, обладающий внутренними магнитными полями;
при этом упомянутый магнитный материал расположен по осевой длине упомянутых расходомерных трубок так, что магнитное поле упомянутого материала прилагается к упомянутым датчикам;
упомянутые датчики в ответ на магнитное поле упомянутого магнитного материала и упомянутые кориолисовы отклонения упомянутых U-образных расходомерных трубок предназначены формировать упомянутые измерительные сигналы, представляющие упомянутые кориолисовы отклонения.
В предпочтительном варианте упомянутое устройство датчика содержит первый и второй оптические датчики непосредственно вблизи упомянутых расходомерных трубок для формирования упомянутых выходных сигналов, представляющих упомянутые кориолисовы отклонения упомянутых расходомерных трубок.
В предпочтительном варианте упомянутая расходомерная трубка выполнена из нержавеющей стали.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство выполнено из магнитно-жесткого магнитного материала, обладающего внутренними магнитными полями с северным и южным полюсами;
при этом упомянутые устройства датчиков представляют собой магнитные первичные преобразователи;
упомянутый магнитный материал расположен аксиально на упомянутом расходомерно-трубном средстве непосредственно вблизи упомянутой приводной катушки и упомянутых магнитных первичных преобразователей; и
упомянутая вибрация упомянутого заполненного материалом расходомерно-трубного средства наводит магнитные поля, представляющие кориолисовы отклонения, в упомянутых магнитных первичных преобразователях.
В предпочтительном варианте расходомерно-трубное средство содержит две прямые расходомерные трубки;
при этом упомянутая приводная катушка расположена между упомянутыми расходомерными трубками и предназначена сообщать вибрацию в противофазе упомянутой двойной расходомерной трубке.
В предпочтительном варианте расходомерно-трубное средство содержит две прямые параллельные расходомерные трубки;
при этом упомянутый кориолисов расходомер дополнительно содержит пару приводных катушек, расположенных с внешних сторон упомянутых расходомерных трубок и предназначенных сообщать вибрацию в противофазе упомянутым двум расходомерным трубкам.
В предпочтительном варианте упомянутые датчики являются оптическими датчиками.
В предпочтительном варианте упомянутые датчики являются магнитными первичными преобразователями.
В предпочтительном варианте упомянутая приводная катушка предназначена сообщать вибрацию в противофазе упомянутому расходомерно-трубному средству в режиме притягивания-отталкивания;
при этом упомянутое устройство датчика содержит магнитные первичные преобразователи, которые взаимодействуют с магнитными полями упомянутого вибрирующего расходомерно-трубного средства для формирования упомянутых измерительных сигналов.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство содержит пару упомянутых прямых расходомерных трубок;
при этом упомянутая приводная катушка расположена между упомянутыми расходомерными трубками непосредственно вблизи осевого центрального участка упомянутых расходомерных трубок для сообщения поперечной вибрации в противофазе упомянутым расходомерным трубкам;
упомянутые первичные преобразователи расположены между упомянутыми расходомерными трубками с противоположных сторон упомянутой приводной катушки.
В предпочтительном варианте упомянутое расходомерно-трубное средство содержит пару U-образных расходомерных трубок;
при этом упомянутая приводная катушка расположена между упомянутыми расходомерными трубками непосредственно вблизи верхнего осевого центрального участка упомянутых расходомерных трубок;
упомянутые первичные преобразователи расположены между упомянутыми расходомерными трубками с противоположных сторон упомянутой приводной катушки.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и другие преимущества и признаки настоящего изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, приведенного в связи с чертежами, на которых:
Фиг.1 - детальный чертеж одного из возможных вариантов осуществления прямой расходомерной трубки.
Фиг.2 - детальный чертеж примера U-образной расходомерной трубки.
Фиг.3 и 4 - детальный чертеж массового кориолисового расходомера, содержащего прямую расходомерную трубку, показанную на фиг.1.
Фиг.5 и 6 - детальный чертеж массового кориолисового расходомера, содержащего U-образную расходомерную трубку, показанную на фиг.2.
Фиг.7 - детальный чертеж светоизлучающего диода и фотоприемника, составляющих датчики на фиг.3-6.
Фиг.8 - изображение расходомерной трубки, показанной на фиг.1, в сочетании с одной «только притягивающей» приводной катушкой.
Фиг.9 - изображение расходомерной трубки, показанной на фиг.1, в сочетании с приводом «притягивающего/отталкивающего» типа.
Фиг.10-13 - изображение другого варианта осуществления прямой расходомерной трубки.
Фиг.14 - изображение варианта осуществления настоящего изобретения с двойной U-образной расходомерной трубкой.
Фиг.15-17 - изображения вариантов осуществления настоящего изобретения с двойной прямой расходомерной трубкой.
Подробное описание
Описание фиг.1
Фиг.1 представляет детальный чертеж прямой расходомерной трубки 101, содержащей полую трубку 102, имеющую осевой участок, окруженный магнитным элементом 103, который может содержать либо магнитно-жесткий магнитный материал, либо магнитно-мягкий ферромагнитный материал. Полая трубка 102 имеет левый конец 104L и правый конец 104R. Магнитный элемент 103 может представлять собой слой покрытия, нанесенного на поверхность прямой трубки 102. Покрытие составляет тонкий слой толщиной около 0,0013 см. Элемент с покрытием 103 может быть нанесен по осевой длине расходомерной трубки 102, как показано на фиг.11, или может быть сконцентрирован в середине осевого участка расходомерной трубки 102, как показано на фиг.1 и 10. В одном из возможных примерных вариантов осуществления элемент 103 может представлять собой магнитное покрытие, которое работает совершенно аналогично магниту. Данный материал можно осадить с помощью систем плазменного осаждения. Применение данного материала позволяет элементу 103 работать совершенно аналогично магниту, обладающему магнитным полем с северным и южным полюсами. Это, в свою очередь, позволяет сообщать расходомерной трубке 101 вибрации одной приводной катушкой в режиме «притягивания-отталкивания».
В соответствии со вторым из возможных примерных вариантов осуществления элемент 103 может содержать магнитно-мягкий ферромагнитный материал, который не обладает собственным магнитным полем с северным и южным полюсами, но который можно приводить в действие одной катушкой, способной только притягивать элемент 103 к катушке. Система привода данного типа называется «только притягивающей» системой, поскольку приводная катушка способна только притягивать ферромагнитный материал 103. Ферромагнитный материал 103 притягивается к возбуждаемой катушке независимо от направления тока через катушку. Расходомерной трубке 101 сообщается вибрация, при использовании, возбуждением соответствующей приводной катушки, притягивающей ферромагнитный элемент 103 к катушке. Собственную упругость расходомерной трубки 101 используют для отклонения расходомерной трубки обратно в состояние покоя, когда прекращается протекание электрического тока через приводную катушку. Расходомерная трубка и соответствующая катушка данного типа показаны на фиг.8.
В другом варианте расходомерная трубка 101 может быть приведена в действие с помощью двух приводных катушек, как показано на фиг.9, для сообщения вибрации расходомерной трубке 102 и ее элементу 103, когда катушки D1 и D2 попеременно возбуждаются электрическим током.
Описание фиг.2
Фиг.2 представляет U-образную расходомерную трубку 201, которая аналогична расходомерной трубке 101. U-образная расходомерная трубка 201 содержит трубчатый элемент 202, имеющий левый конец 202L и правый конец 202R вместе с магнитным элементом 203, связанным с верхним центральным участком 202C трубки 202. U-образная трубка 202 имеет нижнюю левую конечную точку 204L и верхнюю правую конечную точку 204R. При использовании расходомерная трубка 202 принуждается к вибрации посредством магнитного взаимодействия между магнитным элементом 203 и соответствующей приводной катушкой, как показано на фиг.5 и 6.
Описание фиг.3 и 4
Фиг.3 и 4 представляют расходомерную трубку 101, входящую в состав массового кориолисова расходомера 300. Массовый кориолисов расходомер 300 содержит расходомерно-трубный узел 101, который содержит расходомерную трубку 102, магнитный материал 103, приводную катушку D, левый датчик LPO, правый датчик RPO, левый фланец или технологический присоединительный патрубок 105 и правый фланец или технологический присоединительный патрубок 106. Массовый кориолисов расходомер 300 дополнительно содержит измерительную электронику 321, чьи провода 306 и 307 возбуждают с возможностью управления приводную катушку D с сообщением расходомерной трубке 101 вибрации только в режиме притягивания, в котором ток через возбуждаемую катушку D отклоняет расходомерную трубку 101 к приводной катушке, при этом собственная упругость расходомерной трубки 101 служит для возврата расходомерной трубки 101 в ее состояние покоя после прекращения течения тока через приводную катушку D.
Подлежащий анализу поток материала принимается технологическим присоединительным патрубком 105 из непоказанного источника материала. Затем данный поток протекает вправо по расходомерной трубке 102 к технологическому присоединительному патрубку 106, через который данный поток выходит из массового кориолисового расходомера. Вибрации расходомерной трубки 102, вынуждаемые приводной катушкой D, в сочетании с потоком материала, вызывают кориолисовы отклонения в расходомерной трубке 102. Данные отклонения определяются датчиками LPO и RPO и преобразуются в электрические сигналы. Электрические сигналы подаются по каналам 304, 305, 308 и 309 в измерительную электронику 321, которая обрабатывает сигналы и формирует информацию, касающуюся потока материала. Данная информация подается по выходному каналу 322 в непоказанную пользовательскую схему. Измерительная электроника 321 показана только на фиг.3, чтобы минимизировать сложность чертежей.
Приводная катушка D, при прерывистом возбуждении по проводам 306 и 307, сообщает вибрацию расходомерной трубке 102 в режиме «только притягивания», в котором возбуждаемая катушка D прерывисто притягивает трубку 102. Расходомерная трубка 102 возвращается в ее состояние покоя благодаря собственной упругости после каждого прекращения протекания тока в катушке D. Приводная катушка D сообщает расходомерной трубке вибрацию вверх-вниз, как показано на фиг.4. Вибрация трубки 102, как показано на фиг.3, происходит внутрь-наружу относительно плоскости бумаги фиг.3. Датчики LPO и RPO предпочтительно представляют собой оптические датчики, содержащие светоизлучающий диод 701 и фотоэлемент 702, как показано на фиг.7. Расходомерная трубка 102 вибрирует под влиянием приводной катушки D. При этом данная трубка прерывает и модулирует световой пучок 703, проходящий от LED (светоизлучающего диода) 701 к фотоэлементу 702. Фотоэлемент 702 преобразует форму принятого светового сигнала в выходные сигналы, которые передаются по каналам 304, 305, 308 и 309 в измерительную электронику 321.
Описание фиг.5 и 6
Фиг.5 и 6, соответственно, представляют вид спереди и в перспективе расходомерной трубки 201, показанной на фиг.2, входящей в состав массового кориолисова расходомера 500. Ветви 202L и 202R U-образной расходомерной трубки 202 соединены с ресивером 503, который принимает поток материала через технологический присоединительный патрубок 501, откуда принятый поток проходит через ветвь 202L и далее проходит через центральный участок 202C и правую ветвь 202R, из которой поток материала принимается выходным концом ресивера 503 и подается в правый технологический присоединительный патрубок 502. Приводная катушка D сообщает вибрацию расходомерной трубке 202C в режиме «только притягивания», аналогично тому, как описано применительно к массовому кориолисову расходомеру 300 на фиг.3 и 4. Вибрация расходомерной трубки 202 с потоком материала вызывает кориолисовы отклонения упомянутой расходомерной трубки 202, которые определяются датчиками LPO и RPO и подаются по проводам 304, 305, 308 и 309 в измерительную электронику 321, которая обрабатывает сигналы и формирует выходную информацию, касающуюся потока материала. Данная выходная информация передается по каналу 322 в непоказанную пользовательскую схему.
Массовый кориолисов расходомер, показанный на фиг.5 и 6, был изготовлен и, как было установлено, обеспечивал отношение 10 к 1 массы, заполненной материалом расходомерной трубки, к массе привода и датчиков. Один из данных вариантов осуществления содержал расходомерную трубку, имеющую внутренний диаметр 0,2 мм и работающую с расходом 10 грамм/час.Второй вариант осуществления содержал расходомерную трубку, имеющую внутренний диаметр 0,9 мм и работающую с расходом 10000 грамм в час.
Описание фиг.8 и 9
Расходомерные трубки 102 приводятся в действие с вибрацией в режиме «только притягивания» с помощью одной приводной катушки D, соединенной с расходомерной трубкой, как показано на фиг.8. В данном режиме, электрический ток через приводную катушку D вызывает притягивание расходомерной трубки 102 из ее нормального состояния покоя. Прекращение электрического тока позволяет собственной упругости расходомерной трубки 102 возвращать ее в положение покоя. В качестве альтернативы вибрация может сообщаться расходомерной трубке 102 в режиме «притягивания-отталкивания» с использованием пары приводных катушек D1 и D2, как показано на фиг.9. В данном режиме электрический ток через катушку D1 отклоняет элемент 103 и расходомерную трубку 102 вверх. Прекращение протекания электрического тока через приводную катушку D1 наряду с током через приводную катушку D2 приводит к отклонению элемента 103 и расходомерной трубки 102 вниз. Данное попеременное возбуждение и выключение приводных катушек D1 и D2 создает чередующиеся магнитные поля, которые сообщают поперечную вибрацию расходомерной трубке 102, как показано на фиг.9. Вариант осуществления, показанный на фиг.8, можно использовать, когда собственная упругость конструкции расходомерной трубки 102 достаточна для возвращения расходомерной трубки 102 в ее состояние покоя при отсутствии возбуждения приводной катушки D. Вариант осуществления с режимом «притягивания-отталкивания», как показано на фиг.9, можно использовать, когда требуется, чтобы расходомерной трубке 102 сообщалась вибрация под воздействием магнитных полей в каждом направлении поперечно продольному доступу к расходомерной трубке. U-образную расходомерную трубку 202 можно аналогично приводить в действие в режиме либо «только притягивания», либо «притягивания-отталкивания». Провода 306A и 307A, показанные на фиг.9, подсоединены к измерительной электронике 321.
Описание фиг.10-13
На фиг.10-13 представлены различные альтернативные конструкции, которые можно использовать для осуществления расходомерных трубок 101 и 202. На фиг.10 изображена расходомерная трубка, в которой магнитный материал составляет одно целое с осевым центральным участком 1002 расходомерной трубки 1000. Концевые участки 1001 и 1003 не содержат магнитного материала. Вариант осуществления на фиг.11 отличается от варианта осуществления на фиг.10 тем, что затемнена вся расходомерная трубка 1100 для указания, что магнитный материал составляет одно целое с расходомерной трубкой по всей длине. Магнитный материал расходомерной трубки 1100 на фиг.11 может быть либо магнитно-мягкого, либо магнитно-жесткого типа. Кроме того, расходомерная трубка 1100 может быть выполнена полностью из такого материала, как сталь или нержавеющая сталь 400, обладающая собственным внутренним магнитным полем с северным и южным полюсами. На фиг.12 показан вариант осуществления, в котором магнитный материал нанесен как пленка на поверхность расходомерной трубки. На фиг.12 магнитный материал 1202 нанесен на центральный участок 1202 расходомерной трубки, а концевые участки 1201 и 1203 не содержат магнитного материала. Вариант осуществления на фиг.13 отличается от варианта осуществления на фиг.12 тем, что расходомерная трубка 1300 содержит магнитный материал 1301, нанесенный на ее поверхность по всей длине данной трубки. Магнитный материал расходомерных трубок, показанных на фиг.10-13, может быть либо магнитно-мягкого, либо магнитно-жесткого типа.
На фиг.10-13 изображены альтернативные варианты осуществления для прямой трубки 101, показанной на фиг.1. U-образной трубке 203 могут соответствовать аналогичные варианты осуществления, в которых магнитный материал может составлять одно целое со всей или не совсем всей расходомерной трубкой. В качестве альтернативы магнитный материал может быть осажден на поверхность всей или менее, чем всей длины U-образной расходомерной трубки 203, показанной на фиг.2. В качестве альтернативы U-образная расходомерная трубка, показанная на фиг.2, может быть выполнена из такого материала, как сталь или нержавеющая сталь 400, обладающая собственным внутренним магнитным полем с северным и южным полюсами.
Термин «магнитный материал» для целей настоящего описания относится к «магнитно-мягкому» ферромагнитному материалу, который не обладает собственным магнитным полем с северным и южным полюсами. Данный термин относится также к магнитно-жесткому материалу, который может обладать постоянным полем с северным и южным полюсами.
Описание фиг.14
На фиг.14 изображен массовый кориолисов расходомер 1400 с двойной U-образной расходомерной трубкой, являющийся вариантом осуществления настоящего изобретения. Массовый кориолисов расходомер 1400 аналогичен массовому кориолисову расходомеру с одной U-образной расходомерной трубкой, показанному на фиг.6, за исключением того, что массовый кориолисов расходомер, показанный на фиг.14, содержит пару U-образных расходомерных трубок 1402-1 и 1402-2. Приводная катушка D расположена между двумя расходомерными трубками. Магнитный материал на осевом среднем участке верхнего элемента расходомерных трубок обозначен 1403-1 и 1403-2. Магнитный материал может быть магнитно-мягкого или магнитно-жесткого типа. Если данный материал магнитно-мягкого типа, то приводная катушка D сообщает вибрации двум расходомерным трубкам в противофазе, при этом расходомерные трубки притягиваются к приводной катушке D при ее возбуждении электрическим током и возвращаются в их нормальное положение покоя благодаря их собственной упругости, когда электрический ток прерывается. Если магнитный материал относится к магнитно-жесткому типу и обладает внутренними полями с северным и южным полюсами, то приводная катушка D может двунаправлено сообщать вибрацию двум расходомерным трубкам в противофазе. Датчики LPO и RPO содержат светоизлучатель и фотоэлемент. Данные компоненты действуют общеизвестным способом для формирования выходного сигнала, представляющего вибрации двух расходомерных трубок. Выходные сигналы модулируются количеством света, принимаемого фотоэлементом в зависимости от положений расходомерных трубок в процессе вибрации. Выходные провода 304, 305, 308, 309, 306 и 307, проходящие к измерительной электронике 321, обозначены так же, как в описании к фиг.6. Функции данных проводов включают в себя управление приводом D, чтобы он сообщал вибрацию двум расходомерным трубкам на резонансной частоте расходомерных трубок с потоком материала. Данные функции дополнительно включают в себя передачу выходных сигналов датчиков в измерительную электронику 321, чтобы она могла формировать информацию о потоке материала и передавать данную информацию по каналу 322 в непоказанную пользовательскую схему. Принцип действия ресивера 503 аналогичен описанному в связи с фиг.6. Левые ветви U-образных расходомерных трубок обозначены 1402L1 и 1402L2. Правые ветви обозначены 1402R1 и 1402R2. Верхние элементы расходомерных трубок обозначены 1402C1 и 1402C2.
Описание фиг.15 и 16
На фиг.15 и 16 показаны массовые кориолисовы расходомеры 1500 и 1600 с двойной прямой расходомерной трубкой. В варианте осуществления на фиг.15 применена одна приводная катушка D, расположенная между двумя расходомерными трубками для сообщения вибрации расходомерным трубкам в противофазе. Если элементы 1503-1 и 1503-2 расходомерных трубок содержат магнитно-мягкий материал, то приводная катушка D функционально предназначена сообщать вибрацию расходомерным трубкам в противофазе в режиме только притягивания. В данном режиме расходомерные трубки притягиваются к приводной катушке D только при ее возбуждении. Как только электрический ток прекращается, расходомерные трубки возвращаются в их состояние покоя благодаря собственной упругости. Если магнитный материал относится к магнитно-жесткому типу и обладает внутренними магнитными полями с северным и южным полюсами, то приводная катушка D функционально предназначена сообщать вибрацию расходомерным трубкам в режиме «притягивания-отталкивания». Датчики LPO сверху и LPO снизу, а также датчики RPO сверху и RPO снизу могут быть оптического типа, как показано и указано в описании для фиг.14, для формирования измерительных сигналов, представляющих положения расходомерных трубок в процессе вибрации. Измерительные сигналы передаются в измерительную электронику 321 аналогично тому, как изложено в описании к фиг.14.
Варианты осуществления, показанные на фиг.15 и 16, содержат левый входной ресивер 1505, который принимает поток в его отверстие 1508. Вариант осуществления, показанный на фиг.15 и 16, дополнительно содержит выходной ресивер 1506, соединенный с правой стороной расходомерных трубок и содержащий выпускное отверстие 1509, из которого материал выпускается массовым кориолисовым расходомером.
Фиг.16 отличается от варианта осуществления на фиг.15 только наличием пары приводных катушек, обозначенных D1 и D2. Данные приводные катушки D1 и D2 функционально предназначены сообщать, с управлением от измерительной электроники 321, вибрацию двум расходомерным трубкам в противофазе. Режим «только притягивания» применяется, если магнитный материал относится к магнитно-мягкому типу. Режим «притягивания-отталкивания» применяется, если материал относится к магнитно-жесткому типу.
Описание фиг.17
На фиг.17 показан массовый кориолисов расходомер со сдвоенной прямой трубкой, где расходомерная трубка выполнена из магнитной стали, обладающей собственными внутренними магнитными полями с северным и южным полюсами. Сталью данного типа может быть нержавеющая сталь 400 или обычная сталь, способная обладать собственным внутренним магнитным полем. При использовании данных сталей отдельное магнитное покрытие или магнитный материал внутри или снаружи не требуются. Вместо этого можно использовать внутренние магнитные поля расходомерных трубок, выполненных из данных сталей. Как показано на фиг.17, одна приводная катушка D под управлением измерительной электроники 321 сообщает вибрацию двум расходомерным трубкам 1713-1 и 1703-2 в противофазе. Положение двух расходомерных трубок в процессе вибрации определяется магнитными датчиками LPO и RPO, которые передают в измерительную электронику 321 сигналы, представляющие вибрации расходомерных трубок, включая кориолисово отклонение, вызываемое вибрирующими расходомерными трубками с потоком материала. Преимущество массового кориолисового расходомера, показанного на фиг.17, состоит в том, что осаждение внешнего магнитного покрытия или применение специальных технологий изготовления для объединения магнитного материала с расходомерными трубками не требуется, поскольку расходомерные трубки выполнены из материала, обладающего собственным магнитным полем. Массовый кориолисов расходомер с U-образными расходомерными трубками, показанный на фиг.5, 6 и 14, можно обеспечить с применением магнитной стали для выполнения расходомерной/ых трубки/трубок вместо магнитно-жестких или магнитно-мягких магнитных покрытий. Как показано на фиг.17, в варианте осуществления с двойной U-образной трубкой применена приводная катушка для сообщения вибрации расходомерной/ым трубке/трубкам в режиме «притягивания-отталкивания» с использованием магнитных первичных преобразователей в качестве датчиков для определения отклонений расходомерных трубок, включая кориолисовы отклонения, обусловленные потоком материала.
Вполне понятно, что заявленное изобретение, описанное в формуле изобретения, не должно ограничиваться описанием предпочтительного варианта осуществления, а включает другие модификации и изменения в пределах объема и существа идеи изобретения. Термин «магнитно-мягкий магнитный материал» или «ферромагнитный материал» следует понимать как отличительный признак материала, который притягивается магнитным полем, но не обладает собственным внутренним магнитным полем с северным и южным полюсами.
Как «магнитно-мягкий», так и «магнитно-жесткий магнитный материал» можно наносить в виде покрытия, пленки или наружного слоя на уже выполненную расходомерную трубку или можно объединять с расходомерной трубкой в процессе изготовления для создания составляющей единое целое конструкции, которая функционирует как магнитно-мягкий или магнитно-жесткий магнитный материал, использованный при ее изготовлении.
Термины «флюид» или «поток флюида» для целей настоящего описания следует понимать, как охватывающие такие флюиды как жидкости и тому подобное, а также любой текучий материал, например взвеси, плазму, газы и т.д. Кроме того, хотя вышеописанное изобретение особенно выгодно для применения с малогабаритными массовыми кориолисовыми расходомерами, имеющими небольшие расходомерные трубки и работающими с малыми расходами, следует понимать, что принципы настоящего изобретения также полезны и применимы к расходомерам любого размера и выполненным из любого материала.
Изобретение может быть использовано для измерения небольших массовых расходов, не превышающих 10 кг/час. Привод кориолисового расходомера включает в себя приводную катушку для сообщения вибрации по меньшей мере одной расходомерной трубке, покрытой слоем магнитного материала в виде металлизации или выполненной как одно целое с магнитным материалом. Под действием магнитного поля, создаваемого приводной катушкой, магнитный материал сообщает вибрацию расходомерной трубке, внутренний диаметр которой не превышает 2 мм. Магнитный материал слоя является магнито-мягким ферромагнитным материалом. В варианте выполнения в качестве магнитного материала выбран магнито-жесткий материал (магнитная сталь), обладающий постоянным магнитным полем. Изобретение повышает точность определения плотности при небольшом по объему потоке материала, технологично в изготовлении благодаря возможности исключения как приводных, так и измерительных магнитов датчиков, связанных с расходомерной трубкой. 41 з.п. ф-лы, 17 ил.
расходомерно-трубное средство (102), предназначенное для приема потока материала;
приводную катушку (D);
измерительную электронику (321), которая подает сигнал возбуждения в упомянутую приводную катушку (D) для сообщения вибрации упомянутому расходомерно-трубному средству с потоком материала,
при этом вибрация упомянутого расходомерно-трубного средства с потоком материала вызывает кориолисовы отклонения упомянутого расходомерно-трубного средства; и
устройство датчика (LPO, RPO), связанное с упомянутым расходомерно-трубным средством, для формирования измерительных сигналов, представляющих упомянутые кориолисовы отклонения упомянутого расходомерно-трубного средства; и
средство (304, 305, 308, 309) для подачи упомянутых измерительных сигналов в упомянутую измерительную электронику для формирования выходных сигналов, представляющих упомянутый поток материала,
отличающийся тем, что
магнитный материал (103) входит в состав, по меньшей мере, части упомянутого расходомерно-трубного средства;
упомянутая приводная катушка, в ответ на упомянутую подачу сигнала возбуждения, предназначена создавать магнитное поле, которое взаимодействует с упомянутым магнитным материалом для сообщения вибрации упомянутому заполненному материалом расходомерно-трубному средству.
при этом упомянутый ферромагнитный материал лишен внутреннего магнитного поля.
при этом упомянутый кориолисов расходомер дополнительно содержит вторую приводную катушку (D2);
упомянутая первая приводная катушка и упомянутая вторая приводная катушка расположены с противоположных сторон упомянутого расходомерно-трубного средства;
упомянутая измерительная электроника подает встречные синусоидальные токи в упомянутую первую приводную катушку и упомянутую вторую приводную катушку для создания периодически изменяющихся магнитных полей, которые сообщают вибрацию упомянутому расходомерно-трубному средству периодически в режиме притягивания-отталкивания между упомянутой первой приводной катушкой и упомянутой второй приводной катушкой.
при этом упомянутая приводная катушка расположена между упомянутой первой расходомерной трубкой и упомянутой второй расходомерной трубкой для сообщения вибрации в противофазе упомянутой первой расходомерной трубке и упомянутой второй расходомерной трубке.
при этом упомянутое устройство датчика содержит первый и второй оптические датчики непосредственно вблизи упомянутых расходомерных трубок для формирования упомянутых измерительных сигналов, представляющих упомянутые кориолисовы отклонения упомянутых расходомерных трубок.
при этом упомянутый магнитный материал расположен по осевой длине упомянутых расходомерных трубок так, что магнитное поле упомянутого материала прилагается к упомянутым датчикам (LPO, RPO);
упомянутые датчики (LPO, RPO), в ответ на магнитное поле упомянутого магнитного материала и упомянутые кориолисовы отклонения упомянутых U-образных расходомерных трубок, предназначены формировать упомянутые измерительные сигналы, представляющие упомянутые кориолисовы отклонения.
упомянутое расходомерно-трубное средство выполнено из магнитно-жесткого магнитного материала, обладающего внутренними магнитными полями с северным и южным полюсами;
упомянутые устройства (LPO, RPO) датчиков представляют собой магнитные первичные преобразователи;
упомянутый магнитный материал расположен аксиально на упомянутом расходомерно-трубном средстве непосредственно вблизи упомянутой приводной катушки и упомянутых магнитных первичных преобразователей; и
упомянутая вибрация упомянутого заполненного материалом расходомерно-трубного средства наводит магнитные поля, представляющие кориолисовы отклонения, в упомянутых магнитных первичных преобразователях.
при этом упомянутая приводная катушка (D) расположена между упомянутыми расходомерными трубками и предназначена сообщать вибрацию в противофазе упомянутой двойной расходомерной трубке.
при этом упомянутый кориолисов расходомер дополнительно содержит пару приводных катушек (D1, D2), расположенных с внешних сторон упомянутых расходомерных трубок и предназначенных сообщать вибрацию в противофазе упомянутым двум расходомерным трубкам.
упомянутая приводная катушка (D) предназначена сообщать вибрацию в противофазе упомянутому расходомерно-трубному средству (1703-1, 1703-2) в режиме притягивания-отталкивания;
упомянутое устройство датчика содержит магнитные первичные преобразователи, которые взаимодействуют с магнитными полями упомянутого вибрирующего расходомерно-трубного средства для формирования упомянутых измерительных сигналов.
упомянутое расходомерно-трубное средство содержит пару упомянутых прямых расходомерных трубок (1502-1, 1502-2);
упомянутая приводная катушка (D) расположена между упомянутыми расходомерными трубками непосредственно вблизи осевого центрального участка упомянутых расходомерных трубок для сообщения поперечной вибрации в противофазе упомянутым расходомерным трубкам;
упомянутые датчики (LPO, RPO) расположены между упомянутыми расходомерными трубками с противоположных сторон упомянутой приводной катушки.
упомянутое расходомерно-трубное средство содержит пару U-образных расходомерных трубок (1401С1, 1401С2);
упомянутая приводная катушка (D) расположена между упомянутыми расходомерными трубками непосредственно вблизи верхнего осевого центрального участка упомянутых расходомерных трубок;
упомянутые первичные преобразователи (LPO, RPO) расположены между упомянутыми расходомерными трубками с противоположных сторон упомянутой приводной катушки.
| DE 19601349 A1, 24.07.1997 | |||
| ИНЕРЦИОННЫЙ ВКЛЮЧАТЕЛЬ | 2001 |
|
RU2221302C2 |
| US 5531126 A, 02.07.1996 | |||
| US 6164140 A, 26.12.2000 | |||
| РАСХОДОМЕР КОРИОЛИСА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСХОДОМЕРА КОРИОЛИСА (ВАРИАНТЫ) | 1994 |
|
RU2155939C2 |
