ВИБРАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к приборостроению в области измерения плотности и массового расхода жидкостей вибрационным способом в условиях работы с вязкими и абразивными жидкостями, находящимися под высоким давлением, например для использования с цементными и буровыми растворами.
Известен вибрационный измеритель (патент РФ на изобретение №2533332, опубл. 20.11.2014, бюл. №32), который включает в себя один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок, и привод, присоединенный к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированный для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах. Вибрационный измеритель также включает в себя один или несколько измерительных преобразователей, присоединенных к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированных для регистрации движения трубопровода. Одна или несколько деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи, снабжены демпфирующим материалом, нанесенным, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.
Недостатком описанного вибрационного измерителя является низкая точность измерения при использовании вибрационного преобразователя под высоким давлением.
Кроме того известен вибрационный измерительный преобразователь (патент РФ на полезную модель №197516, опубл. 12.05.2020, бюл. №14), состоящий из двух измерительных трубок, расположенных параллельно друг другу, скрепленных между собой узловыми элементами и соединенными с конечными элементами, контроллера, драйвера и одного или двух сенсоров, защитного кожуха, при этом в конечном элементе через переходник, содержащий разделительную мембрану и заполненный маслом, установлен датчик давления.
Недостатком описанного вибрационного измерительного преобразователя, выбранного в качестве прототипа, является низкая точность измерения при использовании вибрационного преобразователя под высоким давлением вплоть до 70 МПа. Точность измерения плотности и массового расхода зависит от точности измерения давления измеряемой среды, так как при высоком давлении среды изменяются размеры и жесткость измерительных трубок. Общая погрешность измерения давления складывается из погрешности измерения самого датчика давления и погрешностей, вносимых изменением свойств материала разделительной мембраны и заполняющего масла от влияния окружающей среды. Особенно заметно влияние температур окружающей и измерительной сред. В условиях эксплуатации замена разделительной мембраны и соответственно заполняющего масла ведет к смещению нулевого значения датчика давления и коэффициента передачи, что приводит к дополнительной погрешности измерения. Даже если датчик давления имеет нормализованный выходной сигнал, то в приведенной конструкции требуется дополнительная калибровка датчика после замены мембраны и масла.
Технической задачей полезной модели является повышение точности измерения вибрационного преобразователя при работе под высоким давлением вплоть до 70 МПа.
Технический результат достигается тем, что вибрационный измерительный преобразователь, состоящий из двух измерительных трубок, расположенных параллельно друг другу, скрепленных между собой узловыми элементами и соединенными с конечными элементами, контроллера, драйвера и одного или двух сенсоров, защитного кожуха, содержит датчик давления с открытой измерительной мембраной и нормализованным выходным сигналом. Открытая измерительная мембрана позволяет датчику давления непосредственно работать с вязкими и абразивными жидкостями, а нормализованный выходной сигнал обеспечивает установленные производителем измерительные характеристики в рабочем диапазоне использования, что позволяет производить замену датчика давления без дополнительных калибровочных операций.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен внешний вид вибрационного измерительного преобразователя; на фиг. 2 - вибрационный измерительный преобразователь без защитного кожуха.
Вибрационный измерительный преобразователь состоит из первой прямой измерительной трубки 1, второй прямой измерительной трубки 2, расположенной параллельно первой, скрепленных между собой узловыми элементами 3, и своими концами вваренными в конечные элементы 4 и 5. В конечном элементе 5 сделано отверстие для установки датчика давления 6. На первой измерительных трубке 1 и второй измерительной трубке 2 закреплены сваркой попарно и соосно кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями для установки электромагнитного драйвера 8 и одного или двух электромагнитных сенсоров 9. В конечные элементы 4 и 5 с помощью конической резьбы устанавливаются переходные элементы 10, на других концах которых закреплены гайка быстроразъемного соединения 11 и винт быстроразъемного соединения 12. Вибрационный измерительный преобразователь закрывается защитным кожухом 13, выполненным из цилиндрической трубы, и закрепленным сваркой с обеих сторон к конечным элементам 4 и 5. На защитном кожухе 13 расположена рамка 14 для крепления контроллера 15 и доступа к электромагнитному драйверу 8 и электромагнитному сенсору 9. На защитном кожухе 13 может быть выполнен один или два лючка 16 с крышками 17 для доступа к одному или обоим электромагнитным сенсорам 9 для монтажа. На защитном кожухе 13 закреплены неразъемным соединением ручки для переноски 18 и 19. К ручке 19 закрепляется защитный кожух датчика давления 20.
Вибрационный преобразователь используется следующим образом. На измерительные трубки 1 и 2 надеваются узловые элементы 3, далее концы измерительных трубок 1 и 2 ввариваются в конечные элементы 4 и 5, после этого к трубкам 1 и 2 симметрично относительно середины привариваются узловые элементы 3. На поверхность трубок 1 и 2 в середине, а также с одной или с обеих сторон относительно середины привариваются попарно и соосно кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями. На полученную конструкцию надевается защитный кожух 13, выполненный в виде трубы с рамкой 14 для крепления контроллера 15. Защитный кожух 13 дополнительно может иметь один или два лючка 16 с крышкой 17, которые могут использоваться для доступа к электромагнитным сенсорам 9. Защитный кожух 13 приваривается с одной стороны к конечному элементу 4, а с другой стороны к конечному элементу 5 преобразователя. В конечные элементы 4 и 5 ввинчиваются на конусную резьбу переходники 10, с другой стороны которых установлены гайка 11 и винт 12 быстроразъемного соединения. Конечный элемент 5 выполняется с отверстием, в которое устанавливается датчик давления 6 с нормализованным выходным сигналом и открытой измерительной мембраной. Через рамку 14 и лючки 16 в кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями устанавливаются электромагнитный драйвер 8 и один или два электромагнитных сенсора 9. На одну из измерительных трубок 1 или 2 и на защитный кожух 13 через рамку 14 устанавливаются датчики температуры. Провода от электромагнитного драйвера 8, электромагнитных сенсоров 9 и датчиков температуры заводятся на разъем установленный в рамке 14. На рамку 14 устанавливается контроллер 15 с ответным разъемом. К внешнему разъему контроллера подключается кабель датчика давления 6. Лючки 16 закрываются крышками 17. Принцип действия вибрационного измерительного преобразователя основан на резонансном эффекте механической колебательной системы, состоящей из двух прямых трубок 1 и 2, и на эффекте Кориолиса. Колебания трубок 1 и 2 вибрационного преобразователя возбуждаются электромагнитным драйвером 8. Амплитуда колебаний вибрационного преобразователя стабилизируется по сигналу с одного электромагнитного сенсора 9. Второй электромагнитный сенсор 9 используется для определения задержки фазы колебаний по сравнению с сигналом первого сенсора. Резонансная частота колебаний трубок определяется свойствами механической колебательной системы и зависит от материала, размеров и массы измерительных трубок. Масса измерительных трубок определяется массой материала трубы и массой жидкости. Из частоты колебаний вибрационного преобразователя вычисляется плотность жидкости. Под воздействием высокого давления трубки расширяются, изменяется их объем и жесткость, поэтому в этом случае для точного измерения плотности требуется компенсация показаний от изменения давления. Движение жидкости внутри подобной колебательной системы вносит дополнительную деформацию колебательных трубок и формирует сдвиг фаз колебаний сенсоров пропорциональный скорости движения жидкости. Из сдвига фаз между сигналами сенсоров вычисляется массовый расход жидкости.
Положительный результат достигается тем, что в один из конечных элементов вибрационного преобразователя для компенсации характеристик преобразователя от изменения давления среды установлен датчик давления с нормализованным выходным сигналом и открытой измерительной мембраной.