Способ измерения массового расхода среды

Способ измерения массового расхода среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОБОГО РАСХОДА СРЕДЫ, основанный на зависимости параметров колебаний попереч Ш fJ но колеблющейся трубы от величины массового расхода среды, протекающей через нее, включающий возбуждение колебаний трубы с потоком среды и измерение параметров колебаний, отличающийся тем, что, «3 целью повьашения точности измерения, предварительно определяют частоты собственных koJtfeбaний трубы одной четной и одной нечетной собственной формы колебаний, возбуждают вынужденные колебания трубы четной собственной фор№г колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний трубы нечетной собственной формы колебаний, или вынужденные колебания трубы нечетной собственной формы колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний трубы четной собственной формы колебаний, а о величине массового расхода среды судят по отношению между амплитудами коле- I баний трубы четной и нечетной собст- S iвенной формы колебаний. --у Jk 00 о: /А

(19) (И) СООЗ ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5)), G 01 F 1 78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К, ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2851162/18-10 (22) 13 .02.80 (46) 30.03.83. Бюл .)) 12 (72) Ф.Г. Максудов, Ф;А-.P.ÈñêâíäåðЗаде, Д.Г. Агаларов, Г.С. Бунятов и В.3. Скобло (71) Специальное, конструкторское бюро Института математики и механики

АН Азербайджанской ССР (53) 681.121.8(088.8) (56) 1. Лазовский Л., Смотрицкий Ш.

Автоматизация измерения продукции нефтяных скважин. М., "Недра", 1975, с. 149-153.

2. Катыс Г.П. Системы автоматического контроля полей скоростей и расходов. М., "Наука", 1965, с. 212-214.

3. Патент (2IA 9 3329091, кл. 73-194, 1967 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО

РАСХОДА СРЕДЫ, основанный на зависимости параметров колебаний поперечно-колеблющейся трубы от величины массового расхода среды, протекающей через нее, включающий возбуждение колебаний трубы с потоком среды и измерение параметров колебаний, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, предварительно определяют частоты собственных коюЪбаний трубы одной четной и одной нечетной собственной формы колебаний, возбуждают вынужденные колебания трубы четной собственной форьы колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний трубы нечетной собственной форьы колебаний, или вынужденные колебания трубы нечетной собственной формы колебаний с частотой, равной частоте собственных колебаний трубы четной собственной формы колебаний, а о ве. личине массового расхода среды судят по отношению между амплитудами колебаний трубы четной и нечетной собст,венной форьы колебаний.

1008617

Изобретение относится к измерительной технике u MORAT быть использовано для создания автоматических вибрационных измерителей массового расхода различных сред в нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен косвенный способ измерения, н соответствии с которым массовый расход определяется как произведение величины объемного расхода жидкости на ее плотность 1 .

К недостаткам этого способа следует отнести трудность .обеспечения требуемой точности измерения и надежности, поскольку для его реализа- 15 ции требуется измерительная система из двух первичных преобразователей и вычислительного устройства.

Известен также прямой способ измерения массового расхода жидкости, который использует зависимость затухания (величины, обратной механической добротности) поперечных колебаний трубы с одним закрепленным и другим свободным концами от массового расхода жидкости, протекающей через трубу Ñ2 2.

Недостаток данного способа заключается в необходимости использования для его реализации трубы, один из концов которой свободен и совершает поперечные колебаний. Подвижное механическое сочленение поперечно колеблющейся трубы с неподвижным трубопроводом препятствует достижению требуемой точности измерения в 35 промышл нных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является прямой способ измерения массового расхода основанный на

> воздействии потока жидкости на фор- 40 му колебаний поперечно колеблющейся трубы. Преимуществом устройства является возможность использования трубы с неподвижно закрепленными концами. Последовательность действия 4 в устройстве следующая: создание потока жидкости в трубе, возбуждение резонансных поперечных колебаний трубы на собственной резонансной частоте первой собственной формы колебаний и измерение разности моментов сил в местах неподвижного закрепления концов трубы в опорах.

Принцип действия прототипа основывается на следующем. При отсутствии потока первая собственная форма колебаний поперечно колеблющейся трубы симметрична, т.е. скручивающие моменты сил, развиваемые трубой в местах защемления ее концов в опорах, будут одинаковы и разность 60 между ними будет равна нулю. Под воздействием потока жидкости форма колебаний трубы искажается таким образом, что изгиб трубы у одной из

jonop уменьшается, а вблизи другой увеличивается. Это уменьшает момент сил в одной из опор и увеличивает в другой, т.е. разность моментов сил в опорах будет отлична от нуля.

Эта разность моментов сил в опорах используется как мера массового расхода жидкости, протекающей по трубе $3).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что возникающий. полезный сигнал в виде разности моментов сил в опорах должен быть измерен на фоне значительно превышающей

его величину помехи, которой являются сами моменты сил в опорах.

Цель изобретения — повышение точо ности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что увеличивак1т амплитуды полезного сигнала путем возбуждения вынужденных поперечных колебаний трубы четной собственной формы колебаний с частотой, равной частоте собственных поперечных колебаний трубы нечетной собственной формы колебаний, или вынужденных колебаний трубы нечетной собственной формы колебаний с часто той, равной частоте собственных поперечных колебаний трубы четной собственной форьы колебаний, при этом о величине массового расхода. среды судят по отношению между амплитудами колебаний трубы этих собственных форм колебаний.

Сущность способа заключается в усилении эффекта искажения формы поперечно колеблющейся трубы потоком жидкости за счет механического резонанса. В отличие от прототипа, гдетруба всегда совершает резонансные колебания, в предлагаемом способе вызывают вынужденные колебания трубы на частоте, равной собственной час-. тоте колебаний собственной формы колебаний, соответствующей возникающим из-за потока жидкости искажениям формы вынужденных колебаний трубы.

Поэтому возникающие искажения формы колебаний будут, за счет механического резонанса, усилены в Q раз, где механическая добротность колеблющейся трубы. Величина выходного сигнала, который может быть как в прототипе, разность моментов сил в ,опорах также будет увеличена в Q paa.

На чертеже представлен пример возможной реализ ации предлагаемого способа измерения °

Устройство содержит трубу 1, электромагнит 2 возбуждения колебаний, электромагниты 3 адаптера, генератор 4 электрических колебаний, усилитель 5 с дифференциальным входом б и 7 — форма колебаний трубы соответственно на первой и второй собственной форме колебаний.

1008617

dM „ dG или (2) д"иа = К ™и

Ж<МХ

1 сГС = —,. d%> <4) т.ах . Сравним выражения (2) и (4) . Если в обоих случаях используется одина.,ковая конструкция (характернзующаяЧерез трубу 1 с неподвижно закрепленными концами протекает среда, массовый расход которой подлежит изме рению. Электромагнит 2 возбуждения размещен вблизи трубы на равном рас« стоянии от ее концов, т.е. в пучности первой, симметричной. собственной форме колебаний, электромагниты 3 адаптера размещены также вблизи трубы, симметрично относительно ее середины, на расстоянии около четвер- 10 ти длины трубы от ее концов, т.е. впучностях второй собственной формы колебаний. Электромагнит 2 возбуждения подключен к генератору 4 синусоидальных колебаний, а электромегниты 15 адаптера - к дифференциальному входу усилителя 5. Электромегниты 3 адаптера сфазированы таким образом, что сигналы, наводимйе в них колебаниями трубы первой собственной формы колебаний, синфазны, при этом сигналы, 2 наводимые колебаниями трубы второй собственной. формы колебаний, будут противофазны. Амплитуда сигналов на выходе дифференциального усилителя

5 будет пропорциональна амплитуде колебаний второй собственной формы колебаний и не будет зависеть от колебаний трубы первой собственной формы колебаний.

Устройство работает следующим об- З0 разом.

Электромагнит 2, расположенный в пучности первой и в узле второй собственной формы колебаний в отсутствии потока жидкости возбуждает колебания 35 первой собственной формы колебаний.

Поток жидкости, протекающей по колеблющейся трубе, приводит к искажению формы колебаний, т.е. симметричная относительно середины трубы первая 40 собственная форма колебаний становится несимметричной, причем степень искажения зависит от величины массового расхода жидкости. Такую форму колебаний можно интерпрети- 4 ровать как результат сложения симметричной первой собственной формы колебаний и несимметричной, например, второй собственной формы колебанйй.

При этом амплитуда .колебаний второй собственной формы колебаний, измеренная на выходе усилителя 5, однозначно определяет степень искаже. ния начально, заданной формы колебаний трубы, т.е. массовый расход среды, протекающей по трубе. 55

Непосредственное использование указанного эффекта, т.е. возбуждение первой собственной формы колебаний на соответствующей ей собствен,ной частоте колебаний, как это сделано в прототипе, неэффективно, поскольку эффект искажения настолько мал, что сигнал на выходе 5 обычно не превышает уровня шумов измери тельной аппаратуры.

Предлагаемый способ позволяет существенно усилить этот эффект путем выбора соответствующей частота колебаний. В предлагаемом способе колебания трубы первой собственной формы колебаний возбуждаются на час тоте, равной собственной резонансной частоте колебаний трубы второй. собственной формы колебаний. При этом появляющиеся из-за воздействия потока колебаний второй собственной формы колебаний будут резонансными, т.е. усиленными в g раз (обычно

100-1000.). Увеличенный сигнал с выхода 5, пропорциональный массо» вому расходу среды, в этом случае может быть измерен обычными средствами.

Ф . Преимущества изобретения состоят в прямом измерении массового расхода среды, независимости от вида закрепления концов трубы и повышеннбй, по сравнению с прототипом, точности измерения.

В прототипе величина массового расхода (О) преобразуется в разность моментов сил в опорах, где закреплена труба, т.е.

М = КСМ,, (1) где М вЂ” разность моментов сил в опорах;

МΠ— момент сил в опоре;

К вЂ” коэффициент, зависящий от конструкции и материала трубы.

Дифференцируя выражение (1) и заменяя дифференциалы малыми приращениями, получим где д G - погрешность измерения массового расхода в прототипе;

d"M - погрешность измерения разности моментов сил в опорах.

Если, как в прототипе, в предлагаемом способе измерять разность юментов сил в опорах, то уравнение (1) примет вид ф

M = KGMag (3)

Аналогично можно вычислить погрешнрсть измерения предлагаемого способа.

1008617 ся коэффициентом К) и диапазон изме- обеспечивает увеличение точности рения разности моментов сил в опорах, измерения приблизительно на 2-3 пото предлагаемый способ измерения рядка.

Составитель Т.Звенигородская

Редактор Н, Сташишина ТехредЖ.Кастелевич Корректор B. Бутяга

Заказ 2327/53 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент"., r. Ужгород, ул. Проектная, 4