Способ измерения массового расхода среды Советский патент 1983 года по МПК G01F1/78 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания автоматических вибрационных измерителей массового расхода различных сред в нефтяной, нефтехимической и других отраслях пррмышленности.

Известен косвенный способ измерения, J) соответствии с которым массовый расход определяется как произведение величины объемного расхода жидкости на ее плотность flj.

К недостаткам этого способа следует отнести трудность .обеспечения требуемой точности измерения и надежности, поскольку для его реализации требуется измерительная система из двух первичных преобразователей и вычислительного уст эойства.

Известен также прямой способ измерения массового расхода жидкости, который использует зависимость затухания (величины, обратной механической добротности) поперечных колебаний трубы с одним закрепленным и другим свободным концами от массового расхода жидкости, протекающей через трубу С2 . .

Недостаток данного способа заключается в необходимости использования для его реализации трубы, оди из концов которой свободен и совершает поперечные колебаний. Подвижно механическое сочленение поперечно колеблющейся трубы с неподвижным трубопроводом препятствует достижению требуемой точностей измерения в промышл-знных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является прямой способ измерения массового расхода основанный на воздействии потока жидкости на форму колебаний поперечно колеблющейся трубы. Преимуществом устройства является возможность использования трубы с неподвижно закрепленными концами. Последовательность действи в устройстве следующая: создание потока жидкости в трубе, возбуждение резонансных поперечных колебаний трубы на собственной резонансной частоте первой- собственной формы колебаний и измерение разности мометов сил в местах неподвижного закрепления концов трубы в опорах.

Принцип действия прототипа основывается на следующем. При отсутствии потока первая собственная форма колебаний поперечно колеблющейся трубы симметрична, т.е. скручивающие моменты сил, развиваемые трубой в местах защемления ее концов в опорах, будут одинаковы и разность между ними будет равна нулю. Под воздействием потока жидкости форма колебаний трубы искажается таким образом, что изгиб трубы у одной из jonop уменьшается, а вблизи другой

увеличивается. Это уменьшает момент сил в одной из опор и увеличивает в другой, т.е. разность моментов сил в опорах будет отлична от нуля. Эта разность моментов сил в опорах используется как мера массового расхода жидкости, протекающей по трубе 3.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что возникающий, полезный сигнал в виде разности моментов сил в опорах должен быть измерен на фоне значительно превыщающей его величину помехи, которой являются сами моменты сил в опорах.

Цель из обретения - повьдиение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что увеличивак т амплитуды полезного сигнала путем возбуждения вынужденных поперечных колебаний трубы четной собственной формы колебаний с чатотой, равной частоте собственных поперечных колебаний трубы нечетной собственной формы колебаний, или вынужденных колебаний трубы нечетной собственной формы колебаний с частотой, равной частоте собственных поперечных колебаний трубы четной собственной формы колебаний, при этом о величине массового расхода среды Судят по отношению между амплитудами колебаний трубы этих собственных форм колебаний.

Сущность способа заключается в усилении эффекта искажения формы поперечно колеблющейся трубы потоком жидкости за счет механического резонанса. В отличие от прототипа, гдетруба всегда совершает резонансные колебания, в предлагаемом способе вызывают вынужденные колебания трубы на частоте, равной собственной . тоте колебаний собственной формы колебаний, соответствующей возникающим из-за потока жидкости искажениям формы вынужденных колебаний трубы. Поэтому возникающие искажения формы колебаний будут,- за счет механического резонанса, усилены в Q раз,, .ряе Q - механическая добротность колеблющейся трубы. Величина выходного сигнала, который может быть как в прототипе, разность моментов сил в ,опорах также будет увеличена в Q раз

На чертеже представлен пример возможной реализации предлагаемого способа измерения.

Устройство содержит трубу 1, электромагнит 2 возбуждения колебаний, электромагниты 3 адаптера, генератор 4 электрических колебаний, усилитель 5 с дифференциальным входом 6 и 7 - форма колебаний трубы соответственно на первой и второй собственной форме колебаний. Через трубу 1 с неподвижно закре ленными концами протекает среда, ма совый расход которой подлежит изме- рению. Электромагнит 2 возбуждения размещен вблизи трубы на равном рас стоянии от ее концов, т.е. в пучнос ти первой, симметричной, собственной форме колебаний, электромагниты 3 адаптера размещены также вбЛизи трубы,симметрично относительно ее середины, на расстоянии около четве ти длины трубы от ее концов, т.е. в пучностях второй собственной формы колебаний. Электромагнит 2 возбужде ния подключен к генератору 4 синусо идальных колебаний, а электромегнит адаптера - к дифференциальному вход усилителя 5. Электромегниты 3 адапт ра сфазированы таким образом, что сигналы, наводимые в них колебаниям трубы первой собственной формы коле баний, синфазны, при этом сигналы, наводимые колебаниями трубы второй собственной.формы колебаний, будут противофазны. Амплитуда сигналов на выходе дифференциального усилителя 5 будет пропорциональна амплитуде колебаний второй собственной формы колебаний и .не будет зависеть от колебаний трубы, первой собственной формы колебаний. Устройство работает следующим образом. Электромагнит 2, расположенный в пучности- первойи в узле второй собственной формы колебаний в отсутстви потока жидкости возбуждает колебания первой собственной формы колебаний. Поток жидкости, протекающей по колеб лющейся трубе, приводит к искажению формы колебаний, т.е. симметричная относительно середины трубы первая собственная форма колебаний становится несимметричной, причем степень искажения за-висит от величины массового расхода жидкости. Такую форму колебаний можно иитерпретировать как результат сложения симмет ричной первой собственной формы коле баний и несимметричной, например второй собственной формы колебаний. При этом амплитуда -колебаний второй собственной формы колебаний, измеренная на выходе усилителя 5, однозначно определяет степень искажения начально .заданной формы колебаний трубы, т.е. массовый расход среды, протекающей по трубе. Непосредственное использование указанного эффе.кта, т.е. возбужде ние первой собственной формы колебаний на соответствующей ей собствен. ной частоте колебаний, как это еделано в прототипе, неэффективно, поскольку эффект искажения настолько мал, что сигнал на выходе 5 обычно ,не превышает уровня шумов измерительной аппаратуры. , Предлагаемый способ позволяет существенно усилить этот эффект путем выбора соответствующей частоты колебаний. В предлагаемом способе колебания трубы первой собственной формы колебаний возбуждаются на час тоте, равной собственной резонансной частоте колебаний трубы второй собственной формы-колебаний. При этом появляющиеся из-за воздействия потока колебания второй собс твенной формы колебаний будут резонансными, т.е. усиленными в Q раз (обычно Q 100-1000). Увеличенный сигнал с выхода 5, пропорциональный массо вому расходу, среды, в этом случае может быть измерен обычными средствами,t .Преимущества изобретения состоят в прямом измерении массового расходу среды, независимости от.вида закрепления концов трубы и повышеннбй, по сравнению с прототипом,.точности измерения. В прототипе величина массового расхода (0) преобразуется в разность моментов сил в опорах, где закреплена труба, т.е. Ми KGMo, где - разность моментов сил в опорах;MQ- момент сил в опоре; К - коэффициент, зависящий от конструкции и материала трубы. Дифференцируя выражение (1) и заменяя дифференциалымалыми приращениями , получим аМм- к-р dG : где ( - погрешность измерения массового расхода в прототипе;{ГМу, - погрешность измерения разности моментов сил в опорах. Если, как в прототипе, в предлагаемом способе измерять разность моментов сил в опорах, то уравнение (1) примет вид , М„ KGMoQ (3) АнсШогично можно вычислить погреш- нрсть измерения предлагаемого способа. Щ ™ Сравним выражения (2) и (4). Если в обоих случаях используется одинаковая конструкция (характеризующая510086176

ся коэффициентом К) и диапазон иэме- обеспечивает увеличение точности рения разности моментбв сил в опорах, измерения приблизительно на 2-3 пото предлагаемый способ измерения рядка

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОБОГО РАСХОДА СРЕДЫ, основанный на зависимости параметров колебаний попереч Ш fJ но колеблющейся трубы от величины массового расхода среды, протекающей через нее, включающий возбуждение колебаний трубы с потоком среды и измерение параметров колебаний, отличающийся тем, что, «3 целью повьашения точности измерения, предварительно определяют частоты собственных koJtfeбaний трубы одной четной и одной нечетной собственной формы колебаний, возбуждают вынужденные колебания трубы четной собственной фор№г колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний трубы нечетной собственной формы колебаний, или вынужденные колебания трубы нечетной собственной формы колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний трубы четной собственной формы колебаний, а о величине массового расхода среды судят по отношению между амплитудами коле- I баний трубы четной и нечетной собст- S iвенной формы колебаний. --у Jk 00 о: /А