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 поточный прямотрубный плотномер высокого давления (патент РФ на полезную модель №198129, опубл. 19.06.2020, бюл. №17), который состоит из корпуса, соединенного сваркой с входным и выходным делителями потока. Между делителями потока установлены параллельные измерительные трубы с элементами возбуждения и приема колебаний. Плотномер снабжен отсечными элементами с отверстиями для измерительных труб. Отсечные элементы выполнены в виде отдельных деталей с отверстиями для измерительных труб. Например, указанные отдельные детали могут быть выполнены в виде массивных дисков с отверстиями для измерительных труб. Делители потока имеют коническую резьбу для присоединения переходных элементов. Переходные элементы могут быть оснащены быстроразъемными соединениями.
Недостатком описанного прямотрубного плотномера, выбранного в качестве прототипа, является высокая металлоемкость конструкции при изготовлении приборов на большие проходные сечения, так как высота и глубина корпуса или диаметр для цилиндрического корпуса плотномера определяется размерами отсечных элементов. Наличие в них отверстий для измерительных труб ведет к увеличению их размера, так как требуется обеспечить определенное расстояние между кромкой отверстия и кромкой отсечного элемента.
Технической задачей полезной модели является снижение металлоемкости конструкции вибрационного измерительного преобразователя предназначенного для измерения плотности и массового расхода цементных и буровых растворов находящихся при высоком давлении вплоть до 100 МПа.
Технический результат достигается тем, что вибрационный измерительный преобразователь, состоящий из защитного кожуха, конечных элементов, в одном из которых установлен датчик давления, переходных элементов, двух измерительных трубок расположенных параллельно друг другу и соединенных с конечными элементами, с закрепленными на них драйвером и одним или двумя сенсорами, содержит узловые элементы имеющие вырезы для крепления на измерительных трубах. Использование незамкнутых вырезов в узловых элементах для крепления на измерительных трубах вместо отверстий позволяет снизить габаритные размеры и массу вибрационного измерительного преобразователя.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен внешний вид вибрационного измерительного преобразователя; на фиг. 2 - вибрационный измерительный преобразователь без защитного кожуха; на фиг. 3 - узловой элемент с вырезами для крепления на измерительных трубах.
Вибрационный измерительный преобразователь состоит из первой измерительной трубки 1, второй измерительной трубки 2, расположенной параллельно первой, которые скреплены между собой узловыми элементами 3. Первая измерительная трубка 1 и вторая измерительная трубка 2 своими концами закреплены в конечных элементах 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 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 закрепляется неразъемным соединением с обеих сторон с конечными элементами 4 и 5. На защитном кожухе 13 расположена рамка 14 для крепления контроллера 15 и доступа к электромагнитному драйверу 8. На защитном кожухе 13 могут быть выполнены лючки 16 с крышками 17 для доступа к одному или обоим электромагнитным сенсорам 9. 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 используются 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. 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 и на эффекте Кориолиса. Резонансная частота колебаний трубок задается свойствами механической колебательной системы и зависит от материала, размеров и массы измерительных трубок. Масса измерительных трубок определяется массой материала трубы и массой жидкости. Из резонансной частоты колебаний вибрационного преобразователя вычисляется плотность жидкости в трубах. 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, для чего служит датчик давления. При работе с вязкими жидкостями датчик давления может быть установлен через переходник с разделительной мембраной. Переходник заполнен разделительной жидкостью.
Движение жидкости внутри подобной колебательной системы вносит дополнительную деформацию колебательных трубок и формирует сдвиг фаз между колебаниями сенсоров пропорциональный скорости движения жидкости. Согласно эффекту Кориолиса из сдвига фаз между сигналами сенсоров вычисляется массовый расход жидкости.
Механическая колебательная система формируется из двух измерительных трубок скрепленных между собой узловыми элементами. Параметры механической колебательной системы задаются свойствам измерительных трубок, такими как жесткость материала, диаметр, толщина стенки труб и эффективная длина колебательной системы. Эффективная длина колебательной системы задается расстоянием между узловыми элементами. Узловые элементы образуют узлы колебаний, которые препятствуют влиянию внешних механических воздействий на параметры колебательной системы. Концы измерительных трубок закрепляются в конечных элементах, которые служат для подключения прибора к трубопроводу через переходные элементы, разделения жидкости на два потока и закрепления защитного кожуха.
Колебания измерительных трубок вибрационного преобразователя возбуждаются электромагнитным драйвером. Амплитуда колебаний вибрационного измерительного преобразователя стабилизируется по сигналу с одного электромагнитного сенсора. Второй электромагнитный сенсор используется для определения задержки фазы колебаний по сравнению с сигналом первого сенсора.
Положительный результат достигается тем, что вибрационный измерительный преобразователь, состоящий из защитного кожуха, конечных элементов, в одном из которых установлен датчик давления, переходных элементов, двух измерительных трубок расположенных параллельно друг другу и соединенных с конечными элементами с закрепленными на них драйвером и одним или двумя сенсорами, содержит узловые элементы имеющие вырезы для крепления на измерительных трубах.