Гравиметрический плотномер Советский патент 1990 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к технике измерения концентрации жидкой фазы в двухфазном потоке типа газ - жидкость или плотности двухфазного потока типа газ - жидкость и может быть использовано в качестве датчика для непрерывного измерения указанных параметров таких потоков.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерения плотности двухфазных потоков.

На фиг.1 показано устройство, общий вид, фронтальная проекция, осевой вертикальный разрез кожуха; на фиг.2 - соединение подвижных чувствительных элементов друг с другом, вертикальное продольное сечения.

Гравиметрический плотномер состоит из кожуха 1 с жесткими подводящим 2 и отводящим 3 патрубками. В кожухе 1 установлены два подвижных чувствиё

тельных элемента. Первый из них состоит из соединенной с подводящим патрубком гибкой проточной трубки 4, поверх которой с определенным интервалом установлены жесткие кольца 5. Кольца 5 с помощью клея или другим каким-либо известным способом соединяются своей внутренней поверхностью с участками гибкой трубки.4. При этом ширина колец 5 и ширина просветов между ними могут быть примерно одинаковыми.

Жесткие кольца 5 через имеющиеся в них верхние и нижние жесткие стойки шарнирно соединяются с верхним 6 и нижним 7 поворотными П-образными рычагами, которые свободными своими концами шарнирно соединяются с кожухом со стороны расположения подводящего патрубка 2. На каждом из поворотных рычагов 6 и 7 оси всех шарСП

о

4 СП

00

к

нирных соединений лежат в своей плоскости, каждая из которых параллельна продольной оси канала гибкой проточной трубки 4. Оси шарнирных соединений на каждом из этих поворотных рычагов перекрещиваются с продольной осью канала проточной гибкой |трубки 4 под прямым углом. Второй подвижный чувствительный |элемент плотномера состоит из соеди- ;ненной с отводящим патрубком 3 гибкой проточной трубки 8, поверх которой с определенным интервалом установлены жесткие кольца 9. Кольца 9 с помощью клея или другим каким-либо известным способом соединяются своей внутренней поверхностью с участками гибкой трубки 8. При этом ширина колец 9 и ширина просветов между ними могут быть примерно одинаковыми

Жесткие кольца 9 через имеющиеся в них верхние и нижние жесткие стойки шарнирно соединяются с верхним 10 и нижним 11 поворотными П-образ- ными рычагами, которые своими свободными концами соединяются шарнирно с кожухом 1 со стороны расположения его отводящего патрубка 3. Оси всех шарнирных соединений рычага 10 а также рычага 11 лежат в своей плоскости, каждая из которых параллельна продольной оси канала второго подвижного чувствительного элемента, обра- .зованного гибкой проточной трубкой 8 Оси шарнирных соединений на каждом из рычагов 10 и 11 перекрещиваются с продольной осью канала трубки 8 под прямым углом, располагаются параллельно друг другу и параллельно ослм шарнирных соединений на поворотных рычагах 6 и 7.

Обращенные друг к другу свободные концы гибких проточных трубок 4 и 8 соединяются друг с другом гибким патрубком 12, который изготавливаетс из материала, способного к растяжению в продольном направлении к его оси (продольной оси его канала). Для исключения чрезмерного прогиба под воздействием сил собственного веса, д таже сил веса находящегося в нем измеряемого потока патрубок 12 изготавливается сравнительно коротким.

При этом поворотный рычаг 10 второго подвижного чувствительного элемента через гибкую нить 13 подвешивается к.поворотному рычагу 6 первог подвижного чувствительного элемента,

0

5

0

5

0

5

0

5

имеющему на своем конце жесткую стойку 14. Нижний поворотный рычаг 7 упирается при этом на пружину 15 дат-, чика силы, имеющего также прибор 16 для измерения малых перемещений с показывающим прибором 17. , В нейтральном положении продольные оси патрубков 2 и 3, а также проточных гибких трубок 4 и 8 и гибкого патрубка 12 лежат на одной линии, их внутренние диаметры равным между собой и равны диаметру транспортного трубопровода с измеряемым потоком. Внутренняя полость кожуха 1 заполняется жидкостью, например машинным маслом или дистиллированной водой.

Гравиметрический плотномер работает следующим образом.

Плотномер устанавливают на прямолинейном участке горизонтального транспортного трубопровода соосно его каналу. Соединение с впереди лежащим и последующим участками трубопровода осуществляется при этом с помощью фланцев на концах патрубков 2 и 3.

При движении по трубопроводу двухфазного потока типа газ - жидкость для измерения плотностей которых и предназначен этот плотномер, измеряемый поток проходит по каналу этого плотномера, образованному гибкой трубкой 4, гибким патрубком 12 и гибкой трубкой 8. Поскольку наличие жестких колец 5 и 9, а также сравнительно незначительная длина гибкого патрубка 12 обеспечивают цилиндрическую форму канала трубок 4 и 8, а также патрубка 12 при движении по ним измеряемого потока, их тормозящее воздействие на него будет минимальным. Поэтому параметры измеряемого потока в канале этого плотномера равны таковым в канале транспортного трубопровода, т.е. соотв етствуют им,

Таким образом, сила веса потока несущей и транспортируемой фаз, кото- рая в общем случае пропорциональна концентрации жидкой фазы в измеряемом двухфазном потоке, воспринимается стенками гибких проточных трубок 4 и 8, а также гибкого патрубка 12. Через жесткие кольца 5 и 9 эта сила передается поворотным рычагам 6 и 7 первого подвижного чувствительного .элемента и рычагам- 10 и 11 второго подвижного чувствительного элемента.

Поскольку поворотный рычаг 10 гибкой нитью 13 подвешен к стойке

14 поворотного рычага 6, воздействие указанных сил с этих поворотных рычагов складывается и передается пружине 15 датчика силы, измеряется по деформации этой пружины датчиком прибором 16 малых перемещений и указывается на шкале показывающего прибора 17.

Сжатие пружины 15 под силовым воздействием со стороны измеряемого потока приводит к некоторому отклонению поворотных рычагов 6 и 7, а также 10 и Н от нейтрального положения, в результате чего жесткие кольца 5 на первом подвижном чувствительном элементе и кольца 9 на втором подвижном чувствительном элементе несколько смещаются друг относительно друга в поперечном направлении каналов трубок 4 и 8, Однако, учитывая, что при такой конструкции подвижных чувствительных элементов количество колец 5 на первом из них и колец 9 на втором из них равно и количество свободных просветов гибких трубок 4 и 8 между этими кольцами может быть достаточно большим, деформация указанных просветов при этом ничтожно мала. Тем более деформация происходит в наиболее податливом, а именно поперечном, к их образующим направлениях. Поэтому усилия деформаций гибких трубок 4 и 8 при этом ничтожно мало и не оказывает существенного влияния на показания плотномера. Этому способствует и применение достаточно жесткой пружины 15 датчика силы поскольку наличие датчика для измерения минимальных перемещений не требует значительных сжатий пружины 15 при измерении силы ее сжатия.

Что касается продольных сил со стороны измеряемого потока, включая и силы продольного натяжения свободных просветов гибких трубок 4 и 8, то они также не участвуют в отклонениях-подвижных чувствительных элементов, поскольку эти силы компенсируются реакциями в шарнирных соединениях поворотных рычагов 6 и 7, а также 10 и 11 с кольцами 5 и 9, а также с кожухом 1 .

Поскольку при смещениях подвижных чувствительных элементов от нейтрального положения кольца 5 и 9 смещаются параллельно самим себе, гибкий патрубок 12 в этомГ случае подвергается только одному виду деформации, а

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

именно деформации растяжения. Эта деформация пропорциональна в данном случае отношению абсолютного смещения продольной оси канала патрубка 12 от нейтрального своего положения к абсолютной длине каждого подвижного чувствительного элемента. Последняя у первого и второго подвижных чувствительных элементов, как правило, одинаковая.

Поскольку при прочих равных условиях это отношение сравнительно невелико, абсолютное значение деформации растяжения гибкого патрубка 12 в данном случае значительно меньше, чем это имеет место в известных устройствах, что приводит к резкому уменьшению силы сопротивления такой деформации патрубка 120

Имеющаяся сила сопротивления деформации гибкого патрубка 12 действует в горизонтальном направлении, перераспределяясь между шарнирными соединениями сопрягающихся с ним крайних жестких колец 5 и 9 обеих подвижных чувствительных элементов (фиг.2). Так как при работе плотномера шарнирные соединения крайних колец 5 и 9 с поворотными рычагами 6 и 7, а также 10 и 11 располагаются ниже шарнирных соединений этих рычагов с кожухом 1 примерно на величину сжатия пружины 15 датчика силы, составляющие силы деформации патрубка 12 в шарнирных соединениях крайнего кольца 5 с рычагами 6 и 7 и в шарнирных соединениях крайнего кольца

9с рычагами 10 и 11 будут иметь плечо относительно шарнирных соединений этих рычагов с кожухом 1. Действуя

на этом плече, указанные составляющие пытаются вернуть рычаги 6 и 7,

10и 11 в нейтральное положение. Однако, это плечо в данном случае

будет весьма незначительным и равным смещению указанных шарнирных соединений крайнего кольца 5 и крайнего кольца 9 с указанными рычагами от их нейтрального положения. Поэтому поме- хообразующий момент сил деформации гибкого патрубка 12 при работе предлагаемого устройства сравнительно мал как за счет сравнительно меньшей, чем в известных устройствах, величины деформации этого патрубка, . так и за счет весьма малого плеча, с которым силы сопротивления деформации этого патрубка воздействуют на

подвижные чувствительные элементы данного плотномера. Все это повышает чувствительность плотномера. Формула изобретения

Гравиметрический плотномер по авт. ев; И 1395991,-О тличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен двумя подвижными чувствительными элемента- {ми, каждый из которых выполнен

де жестких колец, установленных соосно и соединенных между собой гибкими патрубками, при этом каждое кольцо шарнирно соединено с поворотными рычагами, причем поворотные рычаги одного чувствительного элемента шарнирно соединены с кожухом со стороны подводящего патрубка, а поворотные рычаги другого чувствительного элемента шарнирно соединены- с кожухом со стороны отводящего патрубка

Изобретение относится к технике измерения плотности двухфазного потока типа газ - жидкость. Цель - повышение чувствительности измерений плотности двухфазных потоков. Плотномер содержит кожух с подводящим и отводящим патрубками, внутри которого установлены два подвижных чувствительных элемента, выполненных в виде жестких колец, установленных соосно и связанных между собой гибкими патрубками. Каждое кольцо шарнирно соединено с поворотными рычагами, причем поворотные рычаги одного чувствительного элемента шарнирно соединены с кожухом со стороны подводящего патрубка, а поворотные рычаги другого чувствительного элемента шарнирно соединены с кожухом со стороны отводящего патрубка. 2 ил.

/

W