Вибрационный расходомер для измерения массового расхода двухфазных смесей Советский патент 1978 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к области иэмерения массового расхода двухфазных сред с помощью Етбрационных расходомеров.

Известные вибрационные расходомеры аналогичной конструкции не измеряют расход отдельных компонентов двухфазной смеси.

Предлагаемое устройство позволяет измерять массовый расход раздельно двух компонентов 1двухфазной смеси.

Это достигается путем подключения к преобразованию частоты вибрации чувст- внтелыюго элемента преобразователя нагфяженкя в частоту, снабженного корректорами нуля и крутизны преобразования, и подключения к выходу блока АРУ преобразователя напряжения в частоту, снабженного корректорами нуля и крутизны пре-г образования; выполнения сечения чувствительного элемента вытянутым в направлении, перпендикулярном плоскости качания, например прямоугольным, и снабжения упргого подвеса ребрами жесткости.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого расходомера; на фиг. 2 чувствительный элемент с разрезами А-А и Б-Б.

Расходомер содержит корпус 1, внутри которого установлен чувствительный элемент 2. В корпус вмонтированы датчик 3 скорости вибрации чувствительного эл&мента (адаптер) и возбудитель 4 колебаний чувствительного элемента.

Адаптер и возбудитель электрически связаны между собой усилителем 5 с регулируемым коэффициентом усиления. К адаптеру и усилителю подкшочен блок АРУ 6, на выходе которого подключен преобразователь 7 напряжения в частоту с корректорами нуля и крутизны преобразования (Uj, и Ug ). К адаптеру подключен преобразователь 8 частоты вибрации чувствительного элемента, связанный, в свою очередь, с преобразователем 9 напряжения в частоту с корректорами нуля и крутизны преобразования ( OQ и fc ). Чувствительный элемент выполнен

прямоугольного сечения и снабжен реб рами 10 жесткости.

Положительная электромагнитная связь между адаптером и возбудителем осуществляется через вибратор. Благодаря этим связям при достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 5 система вибратор адаптер - усилитель - возбудитель вибратор начинает генерировать с часто той, равной резонансной частоте послед™ него. Снимаемое с адаптера напряжение UQJ попадает также на вход блока АРУ 6 В последнем напряжение выпрямляется, сравнивается с напряжением уставки Uy. и разность этих напряжения Up управ- ляет коэффициентом усиления усилителя 5. Пока выпрямленное напряжение адаптера UQJ меньше напряжения уставки U , коэффициент усиления усилителя 5 макси мален и упомянутая выше система начинает генерировать, причем амплитуда на пряжения UQ и ток возбунодения i неирерывно возрастает. Когда UQ Uy; начшгает действовать регулятор усиления усилителя 58 его коэффициент усиления нач}шает-уменьшаться. Уменьшается ско-

и

раврость нарастания напряжения

а

о как и величина тока

протекаю.

В

его по катушке возбуждения возбудителя 4. Когда энергия, подводи хая через катушку -возбуждения к вибратору, 30 ивается с рассеиваемой, последним энер гией, рост напряжения UQ прекрати-снэ Б силителе 5 остановится определенный козфф щиент усиления и генератор перейдет в режим установившихся колебаний. При 35 этом ток возбухшения -i и напряжение Up пропорциональны массовому расходу протекающей через вибратор газожидкост ной смеси. Снимаемое с блока АРУ пор™ тоянное напряжение Up поступает на 40 вход преобразователя 7 напряженки в частоту, снабженного корректорами-нуля и о и крутизны преобразования U

Этими корректорами для любого виб ратора устанавливается г).ри отсутствии 45 расхода ноль и такая кр}тизна хар-актеристики. преобразованйЯа что велич1-1На получае мой на выходе преобрааоватедй 7 частоты становится пропорциональной массово- му расходу смеси за заданный интервал -50 времени.

Напряжение, снимаемое с адаптера За поступает также и на вход преобразователя 8 частота - напряжение. Постоянное напряжение на выходе последнего, - 55 пропоршюнальное частоте вибратора, поступает на вход преобразователя 9 напря- жение - частота, полностью аналогичного преобразователю 7. Корректорами

и крутизны устанавливают частоту на выходе преобразователя 9, пропорционального средней Ш10СКОСТИ газожидкостной смеси.

Ребра жесткости на упругом подвесе необходимы для того, чтсйы при изменении перепада давления на вибраторе не изменилась конфигурация тонкостенного упругого подвеса (см. сечение А-А) и тем самым не изменилась его жесткость. При изменении последней будет изменять ся частота колебания вибратора, которая должна изменяться только при изменении плотности смеси. Вытянутое в направлении перпендикулярном плоскости качания, сечение вибратора расширяет динамический .диапазон работы расходомера,т. к, при этом автомодельный режим, при котором наблкдается линейная связь между истин ным и расходным газосодержанием, наступает при меньших расходах.

При измерении массового расхода двухфазных смесей необходимо учитывать, что эта смесь, в отличие от однофазной, сжимаема. Такiкак она имеет определенную массу и упругость, то, находясь в колеблющемся вибраторе, эта смесь может сама приходить в колебания, перпендикулярные оси вибратора. На возбуждение колебаний этой смеси автоколебательная система вибратора затрачивает определенную энергию. Эта дополнительная энергия является прямой погрешностью при измере НИИ массового расхода. Известно, что скорость звука в двухфазной среде изменяет ся очень сильно (например, в чистой воде м/с, а при 5О% газа м/с. Эаая величину свободного пролета волны смеси в ,влении, перпендикулярном оси вибратора, и минимальную скорость звука в смеси, можно определить приблизительно собственную, минимальную часто/

ту колебания смеси JUoc T длина свободного пролета.

Очевидно, чем меньше Д , тем больше Если собственную частоту WQ вибратора взять не менее чем в 10 раз меньше чем Ш , то смесь внутри вибратора будет вести себя примерно как несжимаемая йсидкость и дополнительные потери энергии будут сведены к минимуму Отсюда ясно, что при одном и том же сечении отверстия вибратора, величина А у отверстия прямоугапьного сечения будет меньше, чем, например, у кру1 лого. Поэтому в вибраторе с отверстием прямоугольного сечения будет больше, а следовательно, при данной частоте вибратора, упомянутые выше потери энергии будут меньше. 558 Формула изобретения Массовый расходомер, содержащий чувствительный элемент в виде укрепленного в потоке на упругом подвесе вибрирующего полого тела, возбудитель колебаний, датшк скорости вибрации чувстви тельного элемента (адаптер), усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенный между адаптером и возбудителем, подключенный к адаптеру преобразователь частоты вибрации чувствительного элемента и блок автоматического регулирования и управления (АРУ), подключенный к адаптеру и усилителю, отли4чающийся тем, что, с целью обеспечения раздельного измерения расхода компонентов двухфазных смесей, к преобразователю частоты вибрации чувствительного элемента подключен преобразователь напряжения в частоту, снабженный корректорами нуля и крутизны преобразования, и к выходу блока АРУ подключен преобразователь напряжения в частоту, снабженный корректорами нуля и кругнэны преобразования; сечение чувствительного элемента выполнен вытянутым.в направлении прямоугольным, а упругий подвес снабжен ребрами жесткости.

tf S

tfo %

Pas.f

/ -/1

Б &

I

Sr

Sc

fpus.2