DEVELOPMENT OF A FLOW METER BASED ON THE CORIOLIS EFFECT AND THE PRINCIPLE OF LASER INTERFEROMETRY
Authors: Григорьев Б.В. , Хлопотова Е.А. , Вершинин В.Е. 
Published: October 2024

В современной промышленности в достижении максимальной эффективности производства важную роль играет получение достоверных данных при измерении расхода и количества флюидов. Для определения количества вещества, протекающего по трубопроводу, применяют приборы учета – расходомеры. В настоящей работе представлена запатентованная конструкция расходомера жидких сред, основанная на использовании эффекта Кориолиса и интерферометрах Майкельсона в качестве регистрирующих устройств. Описаны отличительные особенности предлагаемой конструкции от известных вариантов исполнения Кориолисовых расходомеров, включая оптическую систему регистрации колебаний, использование единственной прямолинейной измерительной трубки, интеллектуальное программное обеспечение для анализа настройки и управления. Разработана физико-математическая модель малых изгибных колебаний прямолинейной трубки, жестко закреплённой с двух сторон, позволяющая при проектировании конструкции прототипа устройства для любого диаметра совершить расчет геометрических параметров конструкции и установить наиболее подходящий материал измерительной трубки для заданной частоты вынужденного воздействия. С использованием графического языка программирования LabVIEW разработано программное обеспечение для выявления зависимости частоты микроколебаний измерительной трубки от изменения интерференционной картины. При помощи модулей машинного зрения проводится программный анализ непрерывно изменяющихся интерференционных картин двух датчиков. Сопоставление характеристик колебаний в двух точках измерительной трубки позволяет рассчитать массовый расход флюида. Создан макет устройства для измерения микроколебаний и проведены стендовые испытания. На основе проведенных испытаний на макете в двух режимах: изменение амплитуды при фиксированной частоте и изменение частоты при фиксированной амплитуде. Установлено, что сходимость сигналов между генерирующим микроколебания блоком и приемной системой с достоверностью коэффициента аппроксимаций составляет не менее 0,9961. Доказана работоспособность аппаратной и программной частей разработанного устройства и возможность использования расходомера в промышленном исполнении для точного измерения массового расхода жидких сред в широком диапазоне.

In modern industry, to achieve maximum production efficiency, it is necessary to obtain reliable data when measuring the flow rate and amount of fluids. Devices that are used to determine the amount of a substance flowing through a pipeline are flow meters. The article presents a patented design of a flow meter for liquid substances. The design is based on the use of the Coriolis effect and Michelson interferometers as recording devices. Distinctive features of the design from known Coriolis flowmeters are described, including an optical system for recording vibrations, the use of a single straight measuring tube, and software for analysis of tuning and control. A physical and mathematical model of small bending vibrations of a rectilinear tube rigidly fixed on both sides has been developed. The model makes it possible to calculate the geometric parameters of the structure and to establish the most suitable material of the measuring tube for a given frequency of exposure when designing the structure of a prototype device for any diameter. The software was developed using the LabVIEW development environment. The software is necessary to reveal the dependence of the frequency of micro-oscillations of the measuring tube on changes in the interference pattern. With the help of machine vision modules, software analysis is carried out for continuously changing interference patterns on two sensors. Comparison of the characteristics of vibrations at two points of the measuring tube makes it possible to calculate the mass flow rate of the fluid. A prototype of a device for measuring microvibrations was created and bench tests were carried out. Based on the tests carried out on the model in two modes: change in amplitude at a fixed frequency and change in frequency at a fixed amplitude. It was found that the convergence of signals between the generating unit and the receiving unit with the accuracy of the approximation coefficient is approximately 0.9961. The efficiency of the hardware and software parts of the developed device and the possibility of using an industrial flow meter for accurate measurement of the mass flow rate of liquid media have been proved.