УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА МАССЫ ГАЗООБРАЗНЫХ И ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и пищевой промышленности.
Прототипом полезной модели является устройство измерения массового расхода потока, содержащее чувствительный элемент камертонного типа, выполненный из двух U-образных трубок, установленных на чувствительном элементе адаптера съема сигналов, устройство возбуждения и сигнализации, включающее последовательно соединенные усилитель с устройством автоматической регулировки и электромагнит возбуждения, фазовый дискриминатор и преобразователь напряжения в частоту, а также - прецизионные интеграторы, выпрямитель и фильтр нижних частот - авт. свид. СССР №1739204, G01F 1/84, 1992 г.
В известном устройстве во время его работы моменты сил Кориолиса вызывают появление разворота каждой U-образной трубки, причем, угол разворота пропорционален массовому расходу потока, протекающего через устройство в данный момент.
Недостатком прототипа является его значительная конструктивная жесткость, из-за которой силы Кориолиса для разворота трубок должны преодолевать как момент, возникающий при торсионном скручивании в самих трубках, так и момент реакции опоры их крепления. Результатом является низкая чувствительность и повторяемость результатов измерений при малых расходах.
В связи с этим, технической задачей, решаемой полезной моделью, является повышение чувствительности и точности измерений за счет снижения жесткости конструкции вследствие исключения момента реакции опор чувствительного элемента.
Эта задача решена в устройстве измерения расхода массы газообразных и жидких продуктов, содержащем U-образный чувствительный элемент, обе ветви которого расположены в одной плоскости и зафиксированы на концах установочными креплениями, а в центре - в механизме колебаний чувствительного элемента, создающим колебания ветвей в плоскости, перпендикулярной плоскости их расположения, а так же - датчики динамического положения ветвей чувствительного элемента, установленные симметрично на каждой из ветвей.
Одним из частных выполнений устройства является выполнение чувствительного элемента в виде двух U-образных трубок, расположенных параллельно в плоскости рабочих колебаний.
Другим частным выполнением устройства является применение в нем датчика смещения, установленного в месте размещения механизма колебаний.
На чертеже приведен вид устройства в плоскости расположения U-образного чувствительного элемента.
Устройство содержит U-образный чувствительный элемент 1, обе ветви 2, 3 которого расположены в одной плоскости и зафиксированы на концах установочными креплениями 4, 5, а так же зафиксированы в центре, в механизме 6 колебаний чувствительного элемента 1, создающим колебания ветвей 2, 3 в плоскости, перпендикулярной плоскости их расположения. Датчики 7, 8 динамического положения ветвей 2, 3, соответственно, расположены симметрично на каждой из ветвей.
Устройство работает следующим образом.
Измеряемый поток 9 прокачивается через U-образный чувствительный элемент 1, удерживаемый установочными креплениями 4, 5. При этом механизм 6 создает рабочие колебания чувствительного элемента 1 в плоскости, перпендикулярной плоскости его расположения. Возникающие в ветвях 2, 3 силы Кориолиса приводят к появлению углов разворота трубок чувствительного элемента 1 и, следовательно, к отставанию и опережению соответствующих ветвей 2, 3 относительно рабочих колебаний устройства. Так как установочные крепления 4, 5 располагаются максимально близко друг к другу, реакция их опор, компенсирующая момент сил Кориолиса, минимальна и не уменьшает углов разворота чувствительных трубок, что повышает общую чувствительность устройства.
Вычислительное устройство (на чертеже не показано), используя сигналы с датчиков 7, 8 динамического положения, определяет расход массы Р прокачиваемого потока 9 по формуле:
P=Kφ,
где: К - градуировочный коэффициент, определяемый для конкретного измерительного устройства экспериментально, φ - разница фаз колебаний ветвей U-образного чувствительного элемента 1, определяемая с помощью датчиков 7, 8.
В Таблице 1 приведены примеры определения расхода массы по указанной формуле.
Таблица 1
K
φ,
P
рад
кг/сек
34,35
0,0356
1,2232
34,35
0,0383
1,3146
34,35
0,0425
1,4595
Если в устройстве чувствительный элемент 1 выполнен в виде двух U-образных трубок, расположенных параллельно в плоскости рабочих колебаний, механизм колебаний 6 создает колебания трубок друг относительно друга, а датчики 7, 8 динамического положения ветвей измеряют их взаимоположение, определяя фазы колебаний ветвей 2, 3. В этом случае расход массы определяется аналогично вышеприведенному.
Устройство при его выполнении с датчиком смещения 10, позволяющим определять плотность среды, работает следующим образом.
Во время колебаний чувствительного элемента 1 под действием механизма 6, датчик смещения 10, установленный в месте размещения механизма 6, вырабатывает сигнал, пропорциональный этому смещению, который, как сигнал обратной связи, подается на генератор колебаний (на чертеже не показан). В результате частота колебаний чувствительного элемента 1 с помощью генератора колебаний устанавливается соответствующей механическому резонансу.
Вычислительное устройство (на чертеже не показано), используя сигналы с датчика смещения 10, определяет эту резонансную частоту f и рассчитывает плотность по формуле:
где: А, В, С - градуировочные коэффициенты, f - частота резонансных колебаний, ρ - плотность измеряемой среды.
В Таблице 2 приведены примеры определения плотности измеряемой среды по указанной формуле.
Таблица 2
f
A
B
C
ρ
гц
85
96
15
0,75
0,9398
100
96
15
0,75
0,9096
150
96
15
0,75
0,8543
Таким образом предлагаемое устройство обладает повышенной чувствительностью и точностью результатов измерений расхода массы за счет того, что в нем минимально влияние момента реакции крепления, и, как следствие, моменты сил Кориолиса преодолевают лишь момент торсионного скручивания. Кроме того, с его помощью возможно также измерение плотности среды.