СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТСЛЕЖИВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОРИОЛИСОВОГО МАССОВОГО РАСХОДОМЕРА Российский патент 2018 года по МПК G01F25/00 

Техническая отрасль изобретения

Изобретение относится к области отслеживания работы расходомеров и, в частности, к способу и устройству для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера.

Уровень Техники

Кориолисовый массовый расходомер (далее массовый расходомер) является прибором, который может непосредственно измерять массовый расход жидкости и на данный момент широко применяется в каждой области национального производства. Для гарантии точности и достоверности данных, измеряемых массовым расходомером, общим способом является проведение периодической калибровки; в "Постановлениях о Метрологической Поверке КНР" регламентируется, что период поверки составляет 0,5-2 года; однако, гарантируется ли нормальная работа прибора, прошедшего поверку, в реальном проекте, можно судить только, когда прибор возвращается к тестовому устройству после завершения срока поверки; до сих пор, не существует решения для проведения верной и быстрой оценки на месте.

Для уже используемого расходомера условие работы на месте является сложным и существуют много факторов, влияющих на точность измерения расходомера, например, установка расходомера, неисправность датчика расхода и влияния, оказываемые внешней сложной окружающей средой (удар, вибрация), все это должно влиять на измерение расходомера. В период поверки расходомера тяжело судить о состоянии его измерения. На данный момент, общепринятым способом оценки является удаление расходомера с трубопровода и проведение ручной калибровки в лаборатории для получения информации о том, находится ли расходомер в нерабочем состоянии. Этот способ является разумным и точным, но требует больше рабочей силы, материальных и финансовых ресурсов, продлевает простой оборудования и серьезно влияет на эффективность производства. Согласно цифрам каждый массовый расходомер, эксплуатируемый в нашей стране, стоит 2000-3000 RMB ежегодно. Однако, с помощью способа отслеживания, предоставленного в изобретении, может осуществляться оперативное отслеживание состояния измерения расходомера, отсутствует потребность в удалении расходомера с трубопровода и этот способ является более удобным и быстрым. Среди патентов, опубликованных до сих пор, патенты с номером публикации CN 1860350 А и CN 101622519 А, опубликованные American Micromotion Company, предоставляют способ оперативной диагностики и систему оперативной диагностики для вибрирующего трубопровода, в которых главной основой диагностики является изменение прочности трубопровода, вибрирующего во время работы расходомера; однако, способ и система не рассматривают влияние на поток жидкости в вибрирующем трубопроводе.

Краткое описание изобретения

Изобретение нацелено на предоставление нового способа и устройства для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера для решения технической проблемы затраты времени, рабочей силы, материальных и финансовых ресурсов, вызываемых традиционным автономным контролем.

Техническое решение изобретения состоит в следующем.

Предоставляется способ отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера, в котором:

(1) выбирают и регистрируют 5-10 величин массового расхода q_m, распределенных в интервале измерения кориолисового массового расходомера;

согласно выбранной величине массового расхода q_m, соответственно, определяют место действия и направление приложенной возбуждающей силы F, которая эквивалентна силе Кориолиса Fc, создаваемой на вибрирующей трубке кориолисового массового расходомера, с помощью отмеренного количества жидкости, соответствующего величине массового расхода, вычисляют и регистрируют величину эквивалентной возбуждающей силы, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы F является тем же, что и у силы Кориолиса Fc;

(2) закрывают клапаны на двух сторонах местного кориолисового массового расходомера, обеспечивая наполнение вибрирующей трубки кориолисового массового расходомера жидкостью и абсолютно неподвижное состояние жидкости, потом включают датчик расхода;

(3) прикладывают N раз эквивалентную возбуждающую силу F, соответствующую одной из величин массового расхода, зарегистрированных на этапе (1), к вибрирующей трубке кориолисового массового расходометра, где 5≥N≥2, регистрируют величину массового расхода q_m', указываемую каждый раз на отображающем приборе; вычисляют среднее значение величины q_m', если величина

меньше чем 1%, то продолжают оценивать, меньше ли величина

1% для других величин массового расхода; если каждая величина массового расхода

меньше чем 1%, то оценивают состояние измерения кориолисового массового расходомера как нормальное; иначе, оценивают состояние измерения как нерабочее.

Специальный способ приложения эквивалентной возбуждающей силы F, описанной на Этапе (3), состоит в следующем:

(3.1) для кориолисового массового расходомера с единственной трубкой на вибрирующей трубке в месте приложения эквивалентной возбуждающей силы F, определенной согласно этапу (1), прочно устанавливают первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; первый постоянный магнит и вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку фиксируют в соответствующем месте на корпусе кориолисового массового расходомера таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; для кориолисового массового расходомера с двумя трубками на одной из вибрирующих трубок в месте приложения эквивалентной возбуждающей силы F, определенной согласно этапу (1), прочно устанавливают первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; на другой вибрирующей трубке прочно устанавливают первый постоянный магнит и вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку;

На выходе датчик расхода предоставляет кориолисовому массовому расходомеру управляющий сигнал для нормальной работы после прохождения управляющим сигналом по очереди схемы сдвига, схемы управления амплитудой и схемы увеличения мощности, при этом выход датчика расхода также соединен с первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой;

(3.2) подают питание, когда сила тока I, количество витков на электромагнитной катушке и величина эквивалентной возбуждающей силы F удовлетворяют соотношению I=F/NBL, где N представляет количество витков на электромагнитной катушке, В представляет напряженность магнитного поля постоянного магнита, I представляет силу тока в электромагнитной катушке, L представляет длину проводника.

На этапе (3.1) схема сдвига содержит операционный усилитель, резистор R1 цепи обратной связи, резистор R2, резистор Rx и конденсатор с, точнее, положительный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора Rx, при этом положительный вход операционного усилителя заземлен с помощью конденсатора с, отрицательный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора R2, при этом отрицательный вход операционного усилителя также соединен со своим выходом с помощью резистора R1 цепи обратной связи, при этом выход операционного усилителя соединен с входом схемы управления амплитудой.

На этапе (3.1) схема усиления мощности содержит генератор треугольных импульсов, синтезатор синусоидальных сигналов, компаратор, мостовой выходной каскад и фильтр нижних частот, точнее, выходы генератора треугольных импульсов и синтезатора синусоидальных сигналов соединены с входом компаратора, выход компаратора соединен с фильтром нижних частот с помощью мостового выходного каскада, при этом выход фильтра нижних частот соединен с первой возбуждающей моделирующей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй возбуждающей моделирующей электромагнитной катушкой, при этом синтезатор синусоидальных сигналов соединен с выходом схемы управления амплитудой.

На этапе (3.1) схема управления амплитудой содержит фильтр и потенциометр, которые последовательно соединены с выходом схемы сдвига, при этом выход потенциометра соединен с входом синтезатора синусоидальных сигналов.

Предоставляется устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера, который содержит элемент, который прикладывает эквивалентную возбуждающую силу F, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы является тем же, что и у кориолисовой силы Fc, место приложения и величина эквивалентной возбуждающей силы F должны соответствовать формуле момента 2F⋅d=Т, где d представляет расстояние от места действия эквивалентной возбуждающей силы к оси симметрии вибрирующей трубки, а Т представляет момент пары сил Кориолиса.

Элемент, который прикладывает эквивалентную возбуждающую силу F, содержит первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, первый постоянный магнит, второй постоянный магнит, схему сдвига, схему управления амплитудой и схему усиления мощности; для кориолисового массового расходомера с единственной трубкой на вибрирующей трубке прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка установлены в соответствующем месте на корпусе кориолисового массового расходомера таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; для кориолисового массового расходомера с двумя трубками на одной из вибрирующих трубок прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; в соответствующем месте на другой вибрирующей трубке прочно установлен первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; один выход датчика расхода соединен с возбуждающей электромагнитной катушкой вибрирующей трубки для предоставления управляющего сигнала для нормальной работы после прохождения управляющим сигналом по очереди схемы сдвига, схемы управления амплитудой и схемы усиления мощности, а другой выход датчика расхода соединен с первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой, при этом входные сигналы первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки и второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки противоположны по направлению вхождения.

Схема сдвига содержит операционный усилитель, резистор R1 цепи обратной связи, резистор R2, резистор Rx и конденсатор с, точнее, положительный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора Rx, при этом положительный вход операционного усилителя заземлен с помощью конденсатора с, при этом отрицательный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора R2, при этом отрицательный вход операционного усилителя также соединен со своим выходом с помощью резистора R1 цепи обратной связи, при этом выход операционного усилителя соединен с входом схемы управления амплитудой.

Схема усиления мощности содержит генератор треугольных импульсов, синтезатор синусоидальных сигналов, компаратор, мостовой выходной каскад и фильтр нижних частот, точнее, выходы генератора треугольных импульсов и синтезатора синусоидальных сигналов соединены с входом компаратора, выход компаратора соединен с фильтром нижних частот с помощью мостового выходного каскада, выход фильтра нижних частот соединен с первой возбуждающей моделирующей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй возбуждающей электромагнитной катушкой, синтезатор синусоидальных сигналов соединен с выходом схемы управления амплитудой.

Схема управления амплитудой содержит фильтр и потенциометр, которые последовательно соединены с выходом схемы сдвига, при этом выход потенциометра соединен с входом синтезатора синусоидальных сигналов.

Изобретение имеет следующие преимущества: способ и устройство, предоставленные в изобретении, могут хорошо выполнять периодическую детекцию и техническое обслуживание массового расходомера, могут выполнять эффективное оперативное отслеживание состояния измерения расходомера и улучшать эффективность оперативного отслеживания массового расходомера; кроме того, пользователи могут быстро оценивать на месте, пребывает ли расходомер в нерабочем состоянии; процесс отслеживания является удобным и быстрым, что избавляет от ненужных затрат на удаление, от ненадежности и усилия для повторной установки в автономном режиме, уменьшает затраты на отслеживание, экономит рабочую силу и материальные ресурсы, и имеет большое инженерное значение в реальном применении.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 изображает схему усовершенствованного кориолисового массового расходомера с двумя С-образными трубками согласно изобретению; при этом на Фиг. 1,

позиции 101 и 201 представляют две вибрирующие трубки расходомера; позиции 102 и 202 представляют первый постоянный магнит и, соответственно, первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; позиции 104 и 204 представляют вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку и, соответственно, второй постоянный магнит; позиции 103 и 203 представляют левую детекционную электромагнитную катушку и, соответственно, левый постоянный магнит; позиции 105 и 205 представляют правый постоянный магнит и, соответственно, правую детекционную электромагнитную катушку; позиции 106 и 206 представляют возбуждающую электромагнитную катушку и, соответственно, возбуждающий постоянный магнит вибрирующей трубки.

Фиг. 2а изображает схему вибрации проточной трубки массового расходомера;

Фиг. 2b изображает схему гибкого отклонения проточной трубки массового расходомера;

Фиг. 3а изображает схему течения жидкости массового расходомера с двумя С-образными трубками;

Фиг. 3b изображает схему распределения сил массового расходомера с двумя С-образными трубками при вибрации;

Фиг. 4 изображает схему отслеживающего устройства согласно изобретению;

Фиг. 5 изображает порядок определения каждого параметра массового расходомера во время рабочего процесса;

Фиг. 6 изображает схему сдвига, предоставленную в изобретении; и

Фиг. 7 изображает главную топологию схемы усиления мощности согласно изобретению.

Детальное описание вариантов выполнения

Принцип измерения массового расходомера состоит в эффекте Кориолиса жидкости в вибрирующей трубке. В применении типичного массового расходомера взаимодействие между возбуждающей электромагнитной катушкой 106 и возбуждающим постоянным магнитом 206 вибрирующей трубки массового расходомера прикладывает возбуждающую силу к вибрирующей трубке таким образом, что вибрирующая трубка может вибрировать с некоторой частотой. При условии, что сквозь вибрирующую трубку не протекает жидкость, каждая точка на вибрирующей трубке вибрирует в одинаковой фазе, как изображено на Фиг. 2а. При условии, что сквозь вибрирующую трубку протекает жидкость, к вибрирующей трубке прикладывается сила Кориолиса (Fc, указанная на Фиг. 2b), создаваемая жидкостью, и каждая точка на вибрирующей трубке формирует разную фазу вследствие силы Кориолиса, как указано на Фиг. 2b. К части АС и части BD прикладывают силу Кориолиса одинаковой величины в разных направлениях (например, направление силы Fc, указанное на Фиг. 2b). Левая детекционная электромагнитная катушка 103 и правая детекционная катушка 205 установлены в двух разных местах на двух сторонах приводной электромагнитной катушки 106, которые симметричны относительно оси симметрии, для обнаружения сигнала вибрации в двух местах. В единицу времени вычисляют разность фаз Δt между двумя сигналами, полученными левой детекционной катушкой 103 и правой детекционной катушкой 205. Разность фаз между сигналами двух детекционных катушек пропорциональна массовому расходу жидкости, протекающей сквозь вибрирующую трубку, то есть, q_m=KΔt, где K представляет коэффициент расходомера; эта формула является главной формулой массового расходомера для измерения массового расхода. Суть измерения массового расхода состоит в том, что жидкость протекает сквозь трубку для создания силы Кориолиса и две противоположно действующие силы Кориолиса на двух сторонах трубки крутящим образом деформируют трубку.

На основании вышеприведенного анализа путем приложения эквивалентной возбуждающей силы F для замены силы Кориолиса Fc при протекании жидкости сквозь трубку и гарантируя, что эффект действия эквивалентной возбуждающей силы F является тем же, что и у силы Кориолиса Fc, изобретение может создавать разность фаз на двух сторонах вибрирующей трубки датчика в случае, когда жидкость не течет в ней, и потом датчик расхода указывает величину массового расхода протекающей жидкости путем непрерывной детекции и вычисления. Кроме того, если соответствующее соотношение между величиной приложенной эквивалентной возбуждающей силы F и предполагаемой величиной массового расхода жидкости q_m может определяться путем изменения величины возбуждающей силы F и сравнения разности между величиной массового расхода q_m', указываемой на датчике, и предположенной величиной массового расхода q_m, изобретение может отслеживать рабочее состояние расходомера в случае, когда доза жидкости не протекает. Процесс отслеживания работы кориолисового массового расходомера и передачи каждого параметра можно изобразить путем ссылки на процесс, изображенный на Фиг. 5.

Поэтому, изобретение включает следующие этапы:

Этап 1: способ отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера, в котором:

(1) выбирают и регистрируют 5-10 величин массового расхода q_m, распределенных в интервале измерения кориолисового массового расходомера;

согласно выбранной величине массового расхода q_m, соответственно, определяют место действия и направление приложенной возбуждающей силы F, которая эквивалентна силе Кориолиса Fc, создаваемой на вибрирующей трубке кориолисового массового расходомера отмеренным количеством жидкости, соответствующем величине массового расхода, вычисляют и регистрируют величину эквивалентной возбуждающей силы;

(2) закрывают клапаны с обеих сторон кориолисового массового расходомера, предусматривая, чтобы вибрирующая трубка кориолисового массового расходомера заполнялась жидкостью и чтобы жидкость пребывала в полностью неподвижном состоянии, потом включают датчик;

(3) согласно регистрации на Этапе (1) прикладывают N раз эквивалентную возбуждающую силу F, соответствующую одной из величин массового расхода, к вибрирующей трубке кориолисового массового расходомера, где 5≥N≥2, регистрируют величину массового расхода q_m', указываемую каждый раз на отображающем приборе; вычисляют среднюю величину для q_m', если величина

меньше 1%, то продолжают оценивать, меньше ли величина

1% для других величин массового расхода; если каждая величина массового расхода

меньше чем 1%, то оценивают состояние измерения кориолисового массового расходомера как нормальное; иначе, оценивают состояние измерения как нерабочее.

На Этапе (1) место действия, направление действия и величина эквивалентной возбуждающей силы F могут определяться следующими двумя способами: А, теоретическое вычисление; В, усовершенствованное моделирование в автономном режиме.

А: Теоретическое Вычисление

1.1: Определение места действия и величины эквивалентной возбуждающей силы F.

Беря как пример массовый расходомер с двумя С-образными трубками, схема распределения сил во время измерения массового расхода жидкости указывается на Фиг. 3а. Когда направление потока жидкости является тем, что указано на Фиг. 3а, а возбуждающая сила в точке Е направлена наружу вдоль поверхности бумаги, то направление угловой скорости ω является левосторонне горизонтальным, скорость жидкости V прямой секции трубки датчика параллельна угловой скорости ω. , поскольку θ=0, жидкость в прямой секции трубки не должна создавать силу Кориолиса. В изогнутой секции трубки к трубке жидкостью прикладывается сила Кориолеса и угол θ в изогнутой секции трубки изменяется, поэтому, сила Кориолиса также изменяется. В точке С угол между угловой скоростью вращения и скоростью жидкости V составляет θ=90°, здесь сила Кориолиса является наибольшей. Сила Кориолиса сверху и снизу точки С непрерывно уменьшается, формируя симметричное распределение с точкой С как точкой симметрии. Согласно распределению силы Кориолиса изогнутой секции трубки, изображенной на Фиг. 3b, величина силы Кориолиса от точки В к точке D распределяется на основании правила синуса.

Предполагая, что угловая скорость реальной вибрации вибрирующей трубки равна ω, скорость жидкости в трубке равна V, масса жидкого элемента равна dm, сила Кориолиса, создаваемая жидким элементом, равна:

a _k представляет ускорение Кориолиса жидкого элемента, выражение для которого является:

где θ представляет угол между направлением угловой скорости ω и направлением течения жидкости в трубке, как изображено на Фиг. 3а.

На протяжении временного интервала dt длина вибрирующей трубки, по которой течет жидкость, равна dl, масса жидкости в секции dl равна dm, предполагая, что скорость жидкости постоянна, потом , , формула (1) изменяется следующим образом:

На Фиг. 3а момент пары сил Кориолиса, действующих на левую изогнутую секцию, равен:

где L представляет длину прямой секции трубки и R представляет полудиаметр изогнутой секции трубки.

Выбирают место действия на массовом расходомере для приложения эквивалентной возбуждающей силы F и оно должно удовлетворять формуле момента 2F⋅d=T, где d представляет расстояние от места действия эквивалентной возбуждающей силы до оси симметрии С трубки (пунктирная линия, изображенная на Фиг. 3а). Необходимые размеры могут получаться путем ссылки на инструкцию либо прямым измерением для определения величины эквивалентной возбуждающей силы F. Изобретение определяет величину эквивалентной возбуждающей силы F путем вычисления момента пары сил Кориолиса с помощью интегрирования, обычно, могут также использоваться другие способы преобразования силы Кориолиса в эквивалентную возбуждающую силу.

Поэтому, в точке С и точке F величина эквивалентной возбуждающей силы равна , определяют связь между величиной эквивалентной возбуждающей силы F и величиной массового расхода q_m.

Место приложения возбуждающей силы, моделирующей силу Кориолиса, может содержать большее количество точек кроме точки С и точки F; место приложения может находиться на изогнутой секции трубки, пребывающей под действием силы Кориолиса, либо на прямой секции трубки, пребывающей под действием некориолисовой силы, специальное требование должно удовлетворять формуле момента 2F⋅d=Т, то есть, результирующий момент пары для приложения эквивалентной силы должен быть равен моменту пары сил Кориолиса.

1.2: Анализ направления действия эквивалентной возбуждающей силы F: когда жидкость протекает в вибрирующей трубке, которая пребывает в вибрирующем состоянии, кроме вибрации с собственной частотой ω, вибрирующая трубка также генерирует принудительную торсионную вибрацию с той же частотой, поскольку существует сила Кориолиса и силы Кориолиса на входе и выходе одной и той же вибрирующей трубки имеют одинаковую величину и противоположные направления. Под действием силы Кориолиса вибрирующая трубка реально пребывает в состоянии составного колебания, состоящего из главной вибрации и торсионной вибрации, которые имеют одинаковую частоту. Для точного моделирования силы Кориолиса, необходимо принять во внимание, что направления действия сил Кориолиса на двух сторонах вибрирующей трубки являются противоположными, и что частота изменения направления действия и частота изменения направления управляющего сигнала являются одинаковыми. Изобретение берет управляющий сигнал главной вибрации с угловой скоростью вибрации ω как источник управляющего и модулирующего сигнала эквивалентной возбуждающей силы, при этом эквивалентные возбуждающие силы на двух сторонах противоположны в фазе вибрации. Также могут использоваться другие способы, которые могут создавать периодически чередующиеся эквивалентные возбуждающие силы.

В: Усовершенствованное Моделирование в Автономном Режиме

1.1: Калибруют кориолисовый массовый расходомер с двумя С-образными трубками;

1.2: Заполняют вибрирующую трубку кориолисового массового расходомера с двумя С-образными трубками неподвижной жидкостью, которая является местной жидкостью, включают датчик, прикладывают две эквивалентные возбуждающие силы, которые имеют одинаковую величину и симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки на двух сторонах вибрирующей трубки кориолисового массового расходомера, которые, соответственно, симметричны относительно оси симметрии; регулируют две эквивалентные возбуждающие силы таким образом, что отображающий прибор показывает величину массового расхода q_m, потом регистрируют место действия и величину эквивалентных возбуждающих сил.

Существуют два способа регулировки двух эквивалентных возбуждающих сил таким образом, что отображающий прибор показывает величину массового расхода q_m.

Во-первых: фиксируют величину двух эквивалентных возбуждающих сил F и регулируют места действия двух эквивалентных возбуждающих сил F таким образом, что отображающий прибор показывает величину массового расхода q_m.

Во-вторых: фиксируют места действия двух эквивалентных возбуждающих сил F, регулируют величину двух эквивалентных возбуждающих сил F таким образом, что отображающий прибор показывает величину массового расхода q_m; регистрируют одну группу из соответствующей величины массового расхода q_m и эквивалентной возбуждающей силы. Этот способ удобен для реализации в проекте.

Существует много способов приложения эквивалентной возбуждающей силы F, упомянутой на Этапе (3), которые включают, но не ограничиваются следующими способами, используемыми изобретением.

3.1: Для кориолисового массового расходомера с единственной трубкой на вибрирующей трубке в месте приложения эквивалентной возбуждающей силы F, определенной согласно Этапу (1), прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка зафиксированы на корпусе кориолисового массового расходомера, при этом первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входить во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; для кориолисового массового расходомера с двумя трубками к одной из вибрирующих трубок в месте приложения эквивалентной возбуждающей силы F, определенной согласно Этапу (1), прочно установлена первая моделирующая возбуждающая катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; на другой вибрирующей трубке прочно установлен первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки, при этом первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; сила прикладывается с помощью комбинации постоянного магнита и возбуждающей электромагнитной катушки, принцип состоит в том, что участок трубки пребывает под действием силы в магнитном поле, то есть, принцип создания силы Ампера:

где N представляет количество витков на электромагнитной катушке, В представляет напряженность магнитного поля постоянного магнита, I представляет силу тока в электромагнитной катушке, L представляет длину проводника.

Выход датчика расхода предоставляет кориолисовому массовому расходомеру управляющий сигнал для нормальной работы после прохождения управляющим сигналом по очереди схемы сдвига, схемы управления амплитудой и схемы усиления мощности, при этом выход датчика расхода также соединен с первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой.

3.2: Подают питание, при этом сила тока I, количество витков на электромагнитной катушке и величина эквивалентной возбуждающей силы F удовлетворяют отношению I=F/NBL, где N представляет количество витков на электромагнитной катушке, В представляет напряженность магнитного поля постоянного магнита, I представляет силу тока в электромагнитной катушке, L представляет длину проводника; величину эквивалентной возбуждающей силы F изменяют изменением количества N витков на первой и второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушке и изменением величины тока в электромагнитной катушке.

Схема отслеживающего устройства кориолисового массового расходомера изображена на Фиг. 4, при этом отслеживающее устройство содержит элемент, который прилагает эквивалентную возбуждающую силу F, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы является тем же, что и у силы Кориолиса Fc, при этом место приложения и величина эквивалентной возбуждающей силы F должны удовлетворять формулу момента 2F⋅d=T.

Элемент, который прикладывает эквивалентную возбуждающую силу F, содержит первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, первый постоянный магнит, второй постоянный магнит, схему сдвига, схему усиления мощности и схему управления амплитудой; для кориолисового массового расходомера с единственной трубкой на вибрирующей трубке прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка зафиксированы на корпусе кориолисового массового расходомера, при этом первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; для кориолисового массового расходомера с двумя трубками на одной из вибрирующих трубок прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; на другой вибрирующей трубке прочно установлен первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки, при этом первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; выход датчика расхода предоставляет возбуждающей электромагнитной катушке вибрирующего датчика управляющий сигнал для нормальной работы после прохождения управляющим сигналом по очереди схемы сдвига, схемы управления амплитудой и схемы усиления мощности, при этом этот выход соединен с первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой; входные сигналы первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки и второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки противоположны по направлению для верного моделирования на двух сторонах вибрирующей трубки противоположных сил Кориолиса.

В кориолисовом массовом расходомера с двумя трубками, предоставленном в изобретении, на одной вибрирующей трубке 101 в центрах двух изогнутых секций прочно установлены первый постоянный магнит 102 и, соответственно, вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка 104, а на другой вибрирующей трубке 201 в центрах двух изогнутых секций прочно установлены первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка 202 и, соответственно, второй постоянный магнит 204, как изображено на Фиг. 1. Первый постоянный магнит и второй постоянный магнит зафиксированы с помощью опоры, первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка зафиксированы с помощью опоры, при этом опора постоянного магнита и опора катушки приварены на соответствующих вибрирующих трубках, при этом, обычно, могут также использоваться другие способы надежного крепления. Опора постоянного магнита и опора катушки приварены накрест, что уравновешивает массу двух вибрирующих трубок.

Для кориолисового массового расходомера с единственной трубкой на вибрирующей трубке в месте приложения эквивалентной возбуждающей силы F, определенной согласно Этапу (1), прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка закреплены на корпусе кориолисового массового расходомера, при этом первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку.

При моделировании силы Кориолиса с использованием устройства, предоставленного в изобретении, сперва, необходимо контролировать частоту вибрации и фазу вибрации первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки таким образом, чтобы эквивалентные возбуждающие силы F, создаваемые первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой и второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой, могли быть синхронными с силами, создаваемыми реальной жидкостью; во вторых, требуется точно контролировать величину эквивалентной возбуждающей силы F и дополнительно контролировать ток, протекающий сквозь элемент, прикладывающий эквивалентную возбуждающую силу F; реализация контроля эквивалентной возбуждающей силы может полностью моделировать эффект действия силы Кориолиса, создаваемой жидкостью на вибрирующей трубке.

Поэтому, управляющий сигнал первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки и второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки непосредственно направляется управляющим сигналом вибрирующей трубки, гарантируя, что управляющий сигнал вибрирующей трубки и сигнал элемента для приложения эквивалентной возбуждающей силы F согласованы по частоте вибрации.

Управляющий сигнал датчика расхода и сила Кориолиса имеют разность по фазе; устройство изобретения сдвигает фазу с помощью схемы сдвига, как изображено на Фиг. 6. Функцией схемы сдвига является предоставление возможности сдвигать управляющий сигнал на фиксированную фазу для удовлетворения соответствующего соотношения между управляющим сигналом вибрирующей трубки и силой Кориолиса. Схема сдвига в изобретении содержит операционный усилитель, резистор R1 цепи обратной связи, резистор R2, резистор Rx и конденсатор с, точнее, положительный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора Rx, положительный вход операционного усилителя заземлен с помощью конденсатора с, отрицательный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора R2, отрицательный вход операционного усилителя также соединен с выходом операционного усилителя с помощью резистора R1 цепи обратной связи, при этом операционный усилитель выдает для схемы управления амплитудой сигнал напряжения со сдвинутой фазой. Также могут использоваться другие схемы сдвига, отвечающий требованиям.

Схема управления амплитудой содержит фильтр и потенциометр, которые последовательно соединены с выходом схемы сдвига, при этом выход потенциометра соединен с входом синтезатора синусоидальных сигналов. Схему управления амплитудой используют для контроля величины тока в первой возбуждающей моделирующей электромагнитной катушке и второй возбуждающей моделирующей электромагнитной катушке.

Схема усиления мощности содержит генератор треугольных импульсов, синтезатор синусоидальных сигналов, компаратор, мостовой выходной каскад и фильтр нижних частот, точнее, выходы генератора треугольных импульсов и синтезатора синусоидальных сигналов соединены с входом компаратора, выход компаратора соединен с фильтром нижних частот с помощью мостового выходного каскада, выход фильтра нижних частот соединен с первой возбуждающей моделирующей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй возбуждающей моделирующей электромагнитной катушкой, синтезатор синусоидальных сигналов схемы усиления мощности соединен с выходом схемы управления амплитудой. Функцией схемы усиления мощности является улучшение возбуждающей способности возбуждающей системы на вибрирующей трубке, при этом главная топология изображена на Фиг. 7.

Точность отслеживания изобретения подтверждается ниже.

1. Теоретическое Вычисление

Берут нормальный кориолисовый массовый расходомер с двумя С-образными трубками и прикладывают эквивалентную возбуждающую силу F в центре изогнутой секции, , при этом реальным параметром вибрирующей трубки является: ω=1,78 рад/с, R=0,0955 м, L=0,23 м, , таким образом F=0,6128q_m (единицей измерения q_m является кг/с); единицей измерения q_m является кг/ч. Количество витков на первой возбуждающей моделирующей электромагнитной катушке и второй возбуждающей моделирующей электромагнитной катушке равно 159, сопротивление равно 11,2Ω, диаметр обмотки равен φ=9,6 мм, индукция магнитного поля постоянного магнита равна 3200 Гаус.

Таблица показывает, что все ошибки отслеживания экспериментальных результатов лежат в пределах 1% таким образом, что можно судить о том, что кориолисовый массовый расходомер пребывает в нормальном рабочем состоянии. Способ и устройство могут осуществлять оперативное отслеживание рабочего состояния кориолисового массового расходомера.

2. Моделирование в Автономном Режиме

Выбирают нормальный кориолисовый массовый расходомер с двумя С-образными трубками, устанавливают первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку и вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку в центрах изогнутых секций, соответственно, на двух сторонах вибрирующей трубки, изменяют величину эквивалентной возбуждающей силы F для моделирования разных массовых расходов q_m. Смоделированные данные и реально отображенный массовый расход являются следующими.

С вышеприведенной таблицы видно, что все ошибки отслеживания экспериментальных результатов лежат в пределах 1%, при этом указывается, что кориолисовый массовый расходомер, отслеживаемый отслеживающим устройством, пребывает в нормальном рабочем состоянии. Способ отслеживания и отслеживающее устройство могут осуществлять оперативное отслеживание рабочего состояния кориолисового массового расходомера.

Изобретение предоставляет способ и устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера. Способ для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера заключается в том, что эквивалентную возбуждающую силу F прикладывают для замены силы Кориолиса Fc, создаваемой при вибрации жидкости в трубке, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы F является тем же, что и у силы Кориолиса Fc, а разность фаз создается с обеих сторон вибрирующей трубки датчика в случае, когда жидкость не течет сквозь нее, и, в конце концов, датчик расхода показывает величину массового расхода жидкости путем непрерывной детекции и вычисления. Точнее, изменяя величину возбуждающей силы F и сравнивая разность между величиной массового расхода q_m', указанной датчиком расхода, и предположенной величиной массового расхода q_m способ может отслеживать рабочее состояние расходомера в случае, когда жидкость не протекает сквозь него. Регистрируют величину массового расхода q_m', указываемую на отображающем приборе; вычисляют среднее значение величины q_m', если величина меньше чем 1%, то продолжают оценивать, меньше ли величина 1% для других величин массового расхода; если значение каждой величины массового расхода меньше чем 1%, то оценивают состояние измерения кориолисового массового расходомера как нормальное; иначе, оценивают состояние измерения как нерабочее. Устройство содержит элемент, который прикладывает эквивалентную возбуждающую силу F, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы является тем же, что и у силы Кориолиса Fc, при этом место приложения и величина эквивалентной возбуждающей силы F должны удовлетворять формулу момента 2F⋅d=Т. Технический результат - создание нового устройства для отслеживания состояния измерения расходомера, удаленного от трубопровода. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

1. Способ отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера, в котором:

(1) выбирают и регистрируют 5-10 величин массового расхода q_m, распределенных в интервале измерения кориолисового массового расходомера;

согласно выбранной величине массового расхода q_m, соответственно, определяют место действия и направления приложенной возбуждающей силы F, которая эквивалентна силе Кориолиса Fc, создаваемой на вибрирующей трубке кориолисового массового расходомера отмеренным количеством жидкости, соответствующим величине массового расхода, вычисляют и регистрируют величину эквивалентной возбуждающей силы, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы F является тем же, что и у силы Кориолиса Fc;

(2) закрывают клапаны на двух сторонах местного кориолисового массового расходомера, гарантируя, что вибрирующая трубка местного кориолисового массового расходомера заполнена жидкостью и жидкость пребывает в полностью неподвижном состоянии, потом включают датчик расхода;

(3) прикладывают N раз эквивалентную возбуждающую силу F, соответствующую одной из величин массового расхода, зарегистрированных на этапе (1), к вибрирующей трубке кориолисового массового расходомера, где 5≥N≥2, каждый раз регистрируют величину массового расхода q_m', указываемую на отображающем приборе; вычисляют среднее значение величины q_m', если величина меньше чем 1%, то продолжают оценивать, меньше ли величина 1% для других величин массового расхода; если значение каждой величины массового расхода меньше чем 1%, то оценивают состояние измерения кориолисового массового расходомера как нормальное; иначе, оценивают состояние измерения как нерабочее.

2. Способ отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 1, отличающийся тем, что специальный способ приложения эквивалентной возбуждающей силы F, описанный на Этапе (3), состоит в следующем:

(3.1) для кориолисового массового расходомера с одной трубкой на вибрирующей трубке в положении приложения эквивалентной возбуждающей силы F, определенной согласно Этапу (1), прочно устанавливают первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; первый постоянный магнит и вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку фиксируют в соответствующем месте корпуса кориолисового массового расходомера таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; для кориолисового массового расходомера с двумя трубками на одной из вибрирующих трубок в месте приложения эквивалентной возбуждающей силы F, определенной согласно Этапу (1), прочно устанавливают первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; на другой вибрирующей трубке прочно устанавливают первый постоянный магнит и вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку;

выход датчика расхода предоставляет кориолисовому массовому расходомеру управляющий сигнал для нормальной работы после прохождения управляющим сигналом по очереди схемы сдвига, схемы управления амплитудой и схемы усиления мощности, при этом выход датчика расхода также соединяют с первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой;

(3.2) подают питание, при этом сила тока I, количество витков на электромагнитной катушке и величина эквивалентной возбуждающей силы F удовлетворяют соотношение I=F/NBL, где N представляет количество витков на электромагнитной катушке, В представляет напряженность магнитного поля постоянного магнита, I представляет силу тока в электромагнитной катушке, L представляет длину проводника.

3. Способ отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 2, отличающийся тем, что на Этапе (3.1) схема сдвига содержит операционный усилитель, резистор R1 цепи обратной связи, резистор R2, резистор Rx и конденсатор с, точнее, положительный вход операционного усилителя соединяют с выходом датчика расхода с помощью резистора Rx, положительный вход операционного усилителя заземляют с помощью конденсатора с, отрицательный вход операционного усилителя соединяют с выходом датчика расхода с помощью резистора R2, отрицательный вход операционного усилителя также соединяют с его выходом с помощью резистора R1 цепи обратной связи, выход операционного усилителя соединяют с входом схемы управления амплитудой.

4. Способ отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 2 либо 3, отличающийся тем, что на Этапе (3.1) схема усиления мощности содержит генератор треугольных импульсов, синтезатор синусоидальных сигналов, компаратор, мостовой выходной каскад и фильтр нижних частот, точнее, выходы генератора треугольных импульсов и синтезатора синусоидальных сигналов соединяют с входом компаратора, выход компаратора соединяют с фильтром нижних частот с помощью мостового выходного каскада, выход фильтра нижних частот соединяют с первой возбуждающей моделирующей электромагнитной катушкой и, соответственно, второй возбуждающей моделирующей электромагнитной катушкой, синтезатор синусоидальных сигналов соединяют с выходом схемы управления амплитудой.

5. Способ отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 4, отличающийся тем, что на Этапе (3.1) схема управления амплитудой содержит фильтр и потенциометр, которые последовательно соединяют с выходом схемы сдвига, а выход потенциометра соединяют с входом синтезатора синусоидальных сигналов.

6. Устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера, содержащее элемент, который выполнен с возможностью приложения эквивалентной возбуждающей силы F, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы является тем же, что и у силы Кориолиса Fc, при этом место приложения и величина эквивалентной возбуждающей силы F должны удовлетворять формуле момента 2F⋅d=T, где d представляет расстояние от точки действия эквивалентной возбуждающей силы к оси симметрии вибрирующей трубки, а Т представляет момент пары сил Кориолиса; при этом устройство дополнительно предусмотрено для регистрации величины массового расхода q_m', каждый раз указываемой на отображающем приборе; для вычисления среднего значения величины q_m', и когда величина меньше чем 1%, для продолжения оценки, меньше ли величина 1% для других значений массового расхода; и когда для каждой величины массового расхода величина меньше чем 1%, для оценки состояния измерения кориолисового массового расходомера как нормальное; иначе, для оценки состояния измерения как нерабочее.

7. Устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 6, отличающееся тем, что элемент, который выполнен с возможностью приложения эквивалентной возбуждающей силы F, содержит первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, первый постоянный магнит, второй постоянный магнит, схему сдвига, схему управления амплитудой и схему усиления мощности; для кориолисового массового расходомера с одной трубкой на вибрирующей трубке прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка зафиксированы в соответствующем месте на корпусе кориолисового массового расходомера таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; для кориолисового массового расходомера с двумя трубками на одной из вибрирующих трубок прочно установлена первая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка и второй постоянный магнит, которые симметричны относительно оси симметрии вибрирующей трубки; в соответствующем месте на другой вибрирующей трубке прочно установлен первый постоянный магнит и вторая моделирующая возбуждающая электромагнитная катушка таким образом, что первый постоянный магнит входит в первую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку, а второй постоянный магнит входит во вторую моделирующую возбуждающую электромагнитную катушку; один выход датчика расхода соединен с возбуждающей электромагнитной катушкой вибрирующего датчика для предоставления управляющего сигнала для нормальной работы после прохождения управляющим сигналом по очереди схемы сдвига, схемы управления амплитудой и схемы усиления мощности, а другой выход датчика расхода соединен с первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой и, соответственно, другой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушкой, при этом входные сигналы первой моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки и второй моделирующей возбуждающей электромагнитной катушки противоположны по направлению входа.

8. Устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 6 либо 7, отличающееся тем, что схема сдвига содержит операционный усилитель, резистор R1 цепи обратной связи, резистор R2, резистор Rx и конденсатор с, точнее, положительный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора Rx, положительный вход операционного усилителя заземлен с помощью конденсатора с, отрицательный вход операционного усилителя соединен с выходом датчика расхода с помощью резистора R2, отрицательный вход операционного усилителя также соединен с его выходом с помощью резистора R1 цепи обратной связи, выход операционного усилителя соединен с входом схемы управления амплитудой.

9. Устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 8, отличающееся тем, что схема усиления мощности содержит генератор треугольных импульсов, синтезатор синусоидальных сигналов, компаратор, мостовой выходной каскад и фильтр нижних частот, точнее, выходы генератора треугольных импульсов и синтезатора синусоидальных сигналов соединены с входом компаратора, выход компаратора соединен с фильтром нижних частот с помощью мостового выходного каскада, выход фильтра нижних частот соединен с первой возбуждающей моделирующей катушкой и, соответственно, второй возбуждающей моделирующей катушкой, при этом синтезатор синусоидальных сигналов соединен с выходом схемы управления амплитудой.

10. Устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера по п. 9, отличающееся тем, что схема управления амплитудой содержит фильтр и потенциометр, которые последовательно соединены с выходом схемы сдвига, а выход потенциометра соединен с входом синтезатора синусоидальных сигналов.