Способ калибровки динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса Российский патент 2024 года по МПК G01F25/00 G01L25/00 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к приборам измерения массового расхода жидких носителей.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2448330, МПК G01F 1/84, 2010 год «Способ обработки сигналов, устройство обработки сигналов и кориолисов расходомер» (Китами Хирокацу, Симада Хидеки). В кориолисовом расходомере детектируется разность фаз и/или частота вибрации, пропорциональная кориолисовой силе, действующей, по меньшей мере, на одну расходомерную трубку или пару расходомерных трубок, чтобы тем самым получать удельный массовый расход и/или плотность измеряемой текучей среды. Кориолисов расходомер включает в себя аналого-цифровые преобразователи для преобразования аналоговых сигналов, выводимых из датчиков скорости или датчиков ускорения, которые являются парой датчиков детектирования вибрации в цифровые сигналы, пару квадратурных частотных модуляторов для выполнения преобразования частоты для цифровых сигналов, которые соответствуют паре датчиков детектирования вибрации, модуль измерения частоты для измерения частоты на основе одного цифрового сигнала, выводимого из пары датчиков детектирования вибрации, и передающее устройство для формирования частотного сигнала, соответствующего θ(1-1/N) от цифрового сигнала частоты. Разность фаз получается на основе сигналов, сформированных посредством квадратурных частотных модуляторов. Технический результат - возможность измерения с постоянной точностью и с высокой производительностью фильтрации. Недостатком изобретения состоит в том, что применение изогнутой вибрирующей расходомерной трубки не позволяет организовать мононаправленное движение текучей среды, что ограничивает диапазон измерений расхода текучей среды.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2146357, МПК G01F 5/00, G01F 1/84, 1994 год «Массовый расходомер и способ измерения расхода» (Калотай П.З., Титлоу Д.Д.). Изобретения относятся к расходомерам на эффекте Кориолиса и могут быть использованы для измерения расхода в трубопроводах большого диаметра. Информацию о массовом расходе материала, протекающего через весь трубопровод, получают на основании информации о расходе материала через расположенную внутри трубопровода прямую трубку, которой с помощью возбудителя сообщают колебания в направлении, поперечном по отношению к ее продольной оси, на резонансной частоте трубки и материала внутри нее. В одном из частных случаев выполнения для измерения расхода высоковязких материалов трубка закрыта кожухом, внутри которого с помощью средств контроля давления поддерживается давление, равное давлению материала в трубопроводе. Между возбудителем и концами трубки закреплены датчики для измерения ее изгиба в поперечном направлении, вызванного силами Кориолиса. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности за счет использования расходной трубки, площадь поперечного сечения которой, по крайней мере, на порядок меньше площади поперечного сечения трубопровода, что позволяет выполнять трубку из менее жесткого материала. Недостатком заявляемого способа является сложность калибровки показаний о расходе материала, протекающего через расположенную внутри трубопровода прямую трубку, в случае закрытия трубки кожухом, внутри которого поддерживается давление, равное давлению материала в трубопроводе.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2237869, МПК G01F 1/84, 2004 год «Расходомер с использованием эффекта Кориолиса для больших массовых расходов с уменьшенными габаритами» (Крисфилд М.Т., Мак К.Д.). Каждая из двух расходных труб расходомера с использованием эффекта Кориолиса, приводимых в колебание посредством привода, между своими входным и выходным концами имеет форму дуги полуокружности. Датчики закреплены на дугах труб в положении, позволяющем определить наибольшую величину силы Кориолиса при низкой амплитуде колебаний. Вблизи концов труб к последним прикреплены скрепляющие пластины. Для соединения с основным трубопроводом к концам расходных труб прикреплены входной и выходной патрубки, связанные распорной деталью, к верхней стороне которой прикреплен ограждающий расходные трубы кожух. Благодаря уменьшенному размеру устройства, предлагаемый расходомер может быть использован в ограниченном пространстве. Недостатком изобретения является низкая амплитуда колебаний расходомерной трубки, что ограничивает уровень полезного сигнала и диапазон измерений.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2223467, МПК G01F 25/00, 2000 год «Система калибровки расходомеров» (Дебум Р.Дж., Баттлер М.А., Гниффке Д., Лонго Дж. Дж.). Сущность изобретения заключается в том, что в системе калибровки расходомеров использовано множество массовых расходомеров на основе эффекта Кориолиса, объединенных в две группы для калибровки испытываемого измерительного прибора. При калибровке испытываемого измерительного прибора первая группа расходомеров, испытываемый измерительный прибор и вторая группа расходомеров подключены с образованием последовательного соединения с источником подачи текучей среды. Техническим результатом изобретения является создание компактной системы калибровки расходомеров в широком диапазоне значений расхода с достаточной точностью. Система должна быть модульной. Недостаток заявляемого изобретения состоит в том, что объединение множества массовых расходомеров на основе эффекта Кориолиса в две группы измерительных приборов снижает оперативность и увеличивает сложность калибровки испытываемого измерительного прибора.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2568054, МПК G01F 25/00, G01F 3/16, 2014 год «Способ и устройство ускоренной поверки (калибровки) расходомера» (Французов П.Н.). Изобретение относится к устройству и способу для поверки (калибровки) расходомера, объемного счетчика, массового счетчика. Устройство содержит калиброванный участок трубопровода, поршень-вытеснитель, движущийся в калиброванном участке под действием потока измеряемой среды, детекторы начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода и вторичный прибор. Вторичный прибор осуществляет накопление и математическую обработку измерительной информации, поступающей от поверяемого (калибруемого) расходомера, объемного счетчика, массового счетчика в виде последовательностей импульсов, ограниченных во времени моментами срабатывания детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода. В устройство введены дополнительные детекторы начального и конечного положений поршня-вытеснителя и дополнительные измерительные каналы вторичного прибора, осуществляющего накопление и математическую обработку импульсных последовательностей от преобразователя расхода, ограниченных во времени моментами срабатывания детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя. Суммарное число детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя составляет не менее пяти. Техническим результатом заявляемого решения является сокращение времени работы устройства в процессе измерений и повышение точности результатов измерений. Недостатком заявляемого изобретения является использование механического устройства в виде поршня-вытеснителя, движущегося в калиброванном участке трубопровода под действием потока измеряемой среды, с фиксаторами начального и конечного положений его движения, что снижает точность калибровки. Именно поэтому применяются не менее пяти дополнительных детекторов положения поршня-вытеснителя, что требует их предварительной поверки и снижает оперативность измерений.

Известно защищенное патентом изобретение - прототип: патент №2804749, МПК G01F 1/80, 2022 год «Способ измерения расхода жидкого носителя, использующий эффект Кориолиса» (Яковлев М.В., Яковлева А.Д.). Согласно способу - прототипу внутри корпуса размещают узел ротора с центральным валом вращения и множеством радиальных каналов от внешней окружности узла ротора к центральной полости узла ротора, причем узел ротора изготовляют из двух соосных цилиндров, скрепленных торцевыми крышками, радиальные каналы располагают в одной плоскости, внутренний цилиндр закрепляют на горизонтальном валу, который монтируют в подшипниках вращения, установленных в замкнутом корпусе, охватывающем узел ротора с минимальным зазором и имеющим два отверстия в плоскости радиальных каналов вдоль горизонтальной линии, проходящей через ось вращения, к отверстиям подключают гибкие трубопроводы, расход жидкого носителя измеряют динамометром, нагруженным корпусом и узлом ротора. Традиционная схема калибровки показаний динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса заключается в подключении испытуемого прибора с помощью гибких трубопроводов последовательно к источнику жидкого носителя, компрессору с переменной производительностью, эталонному расходомеру и приемнику жидкого носителя. Создание и последующее обслуживание универсальных испытательных стендов усложняет процесс и снижает оперативность калибровки расходомеров жидкого носителя, что является недостатком заявленного способа.

Известно защищенное патентом изобретение - прототип: патент №2612003, МПК G01N 33/22, G01N 33/26, G01W 1/11, 2016 год «Установка для калибровки и поверки влагомеров нефти и нефтепродуктов» (Былков Б.Н., Куртаков Н.Н., Сафонов А.В., Окороков А.А.). Изобретение относится к нефтегазовому испытательному оборудованию и может быть использовано для проведения калибровки и поверки поточных влагомеров нефти и нефтепродуктов в автоматизированном режиме. Установка включает замкнутый циркуляционный контур поверочной жидкости, содержащий смесительный участок, расходомер поверочной жидкости, систему регулирования скорости потока жидкости с помощью насоса с частотным регулированием, систему терморегулирования, стыковочные узлы для монтажа поверочного и контрольного влагомеров. Замкнутый циркуляционный контур поверочной жидкости выполнен закрытым при контролируемом внутреннем давлении, при этом к циркуляционному контуру поверочной жидкости, на его смесительном участке подсоединены две системы дозированной подачи компонентов поверочной жидкости - с емкостями, при этом к циркуляционному контуру поверочной жидкости подключена система дозированного слива поверочной жидкости, в систему терморегулирования включен внешний чиллер с теплообменником, обеспечивающий как охлаждение, так и нагрев поверочной жидкости до заданной температуры, при этом установка снабжена автоматизированной системой управления с автоматизированным рабочим местом оператора с оборудованием силового управления и автоматизации процессов. Изобретение позволяет повысить производительность труда при проведении исследований, получить требуемые результаты измерений в существенно более короткие промежутки времени, повысить надежность регламентированных условий измерений, уменьшить влияния человеческого фактора. Преимущества рассматриваемого изобретения, связанные с возможностью включения в состав замкнутого циркуляционного контура поверочной жидкости двух систем дозированной подачи компонентов поверочной жидкости, системы дозированного слива поверочной жидкости и системы терморегулирования с внешним чиллером и теплообменником, одновременно обуславливают и недостатки данного изобретения. Заявленное устройство имеет большое практическое значение для проведения исследовательских работ, но существенно снижает оперативность измерений при решении производственных задач калибровки расходомеров

Целью предлагаемого изобретения является повышение оперативности калибровки динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса.

Указанная цель достигается в заявляемом способе калибровки динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса. Согласно способу внутри корпуса размещают узел ротора с центральным валом вращения и множеством радиальных каналов от внешней окружности узла ротора к центральной полости узла ротора, узел ротора изготовляют из двух соосных цилиндров, скрепленных торцевыми крышками, радиальные каналы располагают в одной плоскости, внутренний цилиндр закрепляют на горизонтальном валу, который монтируют в подшипниках вращения, установленных в замкнутом корпусе, охватывающем узел ротора с минимальным зазором и имеющим два отверстия в плоскости радиальных каналов вдоль горизонтальной линии, проходящей через ось вращения, к отверстиям подключают гибкие трубопроводы, расход жидкого носителя измеряют динамометром, нагруженным корпусом и узлом ротора. Собирают замкнутый циркуляционный контур, последовательно соединяющий гибким трубопроводом отверстие корпуса для выхода жидкого носителя, эталонный расходомер, компрессор переменной производительности и отверстие корпуса для входа жидкого носителя, заполняют циркуляционный контур жидким носителем и калибруют динамометр по показания эталонного расходомера. Давление жидкого носителя, создаваемое компрессором, выбирают в диапазоне, превышающем давление жидкого носителя в радиальных каналах за счет центробежных сил, задают постоянное значение угловой скорости вращения ротора и калибруют динамометр при значениях давления жидкого носителя в выбранном диапазоне.

Обоснование реализуемости и практической значимости заявляемого способа заключается в следующем.

Жидкий носитель циркулирует в замкнутом контуре, последовательно соединяющем отверстие корпуса для выхода жидкого носителя, эталонный расходомер, компрессор переменной производительности и отверстие корпуса для входа жидкого носителя.

Калибровка динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса состоит в определении зависимости показаний динамометра от давления жидкого носителя при заданном постоянном значении скорости вращения ротора. Давление жидкого носителя в трубопроводе задается выбором режима работы компрессора с переменной производительностью. В процессе калибровки давление жидкого носителя, создаваемое компрессором, выбирают в диапазоне, превышающем давление жидкого носителя в радиальных каналах за счет центробежных сил. Задают постоянное значение угловой скорости вращения ротора и калибруют динамометр при значениях давления жидкого носителя в выбранном диапазоне. С увеличением скорости вращения ротора нижняя граница диапазона калибровки сдвигается в сторону более высоких давлений пропорционально второй степени угловой скорости вращения. В процессе калибровки показания динамометра фиксируются в соответствии с показаниями эталонного расходомера, включенного в последовательную цепь замкнутого контура.

Предлагаемый способ калибровки предполагает использование в качестве дополнительного оборудования только эталонного расходомера и компрессора переменной производительности. Способ не требует наличия специальных источников и приемников жидкого носителя, но только его наличие как расходного материала. Поэтому заявляемый способ отличается удобством использования, не предполагает создание специализированных стендов, проведение их аттестации и обслуживания, а также транспортировку оборудования к месту испытаний, что повышает оперативность выполняемых работ.

Таким образом, техническая возможность реализации, практическая значимость и положительный эффект заявляемого способа калибровки динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса не вызывают сомнений.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к приборам измерения массового расхода жидких носителей. Способ калибровки динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса, согласно которому внутри корпуса размещают узел ротора с центральным валом вращения и множеством радиальных каналов от внешней окружности узла ротора к центральной полости узла ротора, узел ротора изготовляют из двух соосных цилиндров, скрепленных торцевыми крышками, радиальные каналы располагают в одной плоскости, внутренний цилиндр закрепляют на горизонтальном валу, который монтируют в подшипниках вращения, установленных в замкнутом корпусе, охватывающем узел ротора с минимальным зазором и имеющем два отверстия в плоскости радиальных каналов вдоль горизонтальной линии, проходящей через ось вращения, к отверстиям подключают гибкие трубопроводы, расход жидкого носителя измеряют динамометром, нагруженным корпусом и узлом ротора, собирают замкнутый циркуляционный контур, последовательно соединяющий гибким трубопроводом отверстие корпуса для выхода жидкого носителя, эталонный расходомер, компрессор переменной производительности и отверстие корпуса для входа жидкого носителя, заполняют циркуляционный контур жидким носителем и калибруют динамометр по показаниям эталонного расходомера. Давление жидкого носителя, создаваемое компрессором, выбирают в диапазоне, превышающем давление жидкого носителя в радиальных каналах за счет центробежных сил, задают постоянное значение угловой скорости вращения ротора и калибруют динамометр при значениях давления жидкого носителя в выбранном диапазоне. Технический результат - повышение оперативности калибровки динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса.

Способ калибровки динамометра для измерения расхода жидкого носителя на основе эффекта Кориолиса, согласно которому внутри корпуса размещают узел ротора с центральным валом вращения и множеством радиальных каналов от внешней окружности узла ротора к центральной полости узла ротора, узел ротора изготовляют из двух соосных цилиндров, скрепленных торцевыми крышками, радиальные каналы располагают в одной плоскости, внутренний цилиндр закрепляют на горизонтальном валу, который монтируют в подшипниках вращения, установленных в замкнутом корпусе, охватывающем узел ротора с минимальным зазором и имеющем два отверстия в плоскости радиальных каналов вдоль горизонтальной линии, проходящей через ось вращения, к отверстиям подключают гибкие трубопроводы, расход жидкого носителя измеряют динамометром, нагруженным корпусом и узлом ротора, собирают замкнутый циркуляционный контур, последовательно соединяющий гибким трубопроводом отверстие корпуса для выхода жидкого носителя, эталонный расходомер, компрессор переменной производительности и отверстие корпуса для входа жидкого носителя, заполняют циркуляционный контур жидким носителем и калибруют динамометр по показаниям эталонного расходомера, причем давление жидкого носителя, создаваемое компрессором, выбирают в диапазоне, превышающем давление жидкого носителя в радиальных каналах за счет центробежных сил, задают постоянное значение угловой скорости вращения ротора и калибруют динамометр при значениях давления жидкого носителя в выбранном диапазоне.