RU1778529C - Устройство дл измерени массового расхода жидкости - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к вибрационным преобразовател м, и предназначено преимущественно дл  измерени  массового расхода жидкости. Сущность изобретени  устройство содержит основание, трубчатый вибратор -образной формы, который снабжен узлами подвода и отвода жидкости, выполненными в виде сильфонов . Между концами каждого патрубка размещены кронштейны, средние части которых св заны с основанием первыми торсионными элементами с обеспечением возможности поворота кронштейнов в плоскости , перпендикул рной плоскости размещени  патрубков. Концы каждого патрубка св заны с соответствующим кронштейном вторыми торсионными элементами -образной формы с обеспечением возможности поворота патрубков в плоскости , перпендикул рной плоскост м размещени  патрубков и поворота кронштейнов В состав устройства вход т также блоки возбуждени  и сьема колебаний подключенные к электронному блоку Устройство обеспечивает измерение массового расхода жидкости при этом конструкци  устройства обеспечивает исключение напр жений изгиба в патрубках, что повышает надежность и безопасность работы устройства 16 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к вибрационным преобразовател м , и может быть использовано дл  непрерывного измерени  массового расхода различных жидкостей, например, в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отрасл х промышленности

Известно устройство, содержащее фрагмент трубопровода и подключенные к последнему два патрубка петлеобразной формы, размещенные в параллельных плоскост х и снабженные узлами подвода и отвода потока жидкости Кроме того, устройство содержит блоки возбуждени  и съема колебаний патрубков, а также электронный измерительный блок дл  обработки

полученной информации. В устройстве патрубки , по которым течет жидкость,  вл ютс  одновременно упругими элементами, которые осуществл ют колебательные движени  под действием блока возбуждени  колебаний. Вследствие возникновени  в патрубках напр жений изгиба возможно растрескивание патрубков, особенно в случае , если измер ема  среда содержит хлориды . Очевидно, что с возрастанием номинального значени  давлени  жидкости в трубопроводе опасность растрескивани  возрастает, так как увеличение давлени  требует увеличени  толщины стенок патрубков , а, следовательно, при сохранении посто нным значрни  амплитуды колебаний

XI XI

00 СП

ю

Ч)

патрубков (дл  сохранени  посто нной чувствительности устройства) увеличиваютс  и напр жени  в стенках патрубков. При сохранении же напр жени 1 в стенках патрубков посто нными по значению необходимо увеличение габаритных размеров устройства , а имено увеличение длины петель патрубков . Отмеченна  особенность конструкции устройства  вл етс  его недостатком .

Наиболее близким по технической сущности за вл емому устройству  вл етс  устройство , содержащее основание, трубчатый вибратор, выполненный в виде двух симметрично в одной плоскости расположенных петлеобразно изогнутых патрубков с узлами подвода и отвода потока, блоки возбуждени  и съема колебаний и электронный измерительный блок (прототип). В устройстве патрубки, по которым перемещаетс  измер ема  среда, одновременно  вл ютс  упругими элементами, которые осуществл ют колебательные движени  под действием блоков возбуждени  колебаний, что вызывает в стенках патрубков изгибные напр жени  и, следовательно, может вызвать растрескивание патрубков. Это снижает надежность и безопасность работы устройства, что  вл етс  недостатком устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и безопасности работы устройства за счет исключени  в патрубках напр жений изгиба.

Цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  массового расхода жидкости трубчатый вибратор выполнен -образной формы и основание - в виде рамы, в стенках которой по периметру выполнен канал, а симметрично относительно продольной оси расположены две полки с окнами, через которые пропущены патрубки -образного вибратора, концы которых соединены с каналом основани  посредством введенных эластичных герметичных узлов, а перпендикул рно концам патрубков введены кронштейны с торсионными элементами, одни из которых закреплены в средней части кронштейнов , и св заны с соответствующими полками основани  с возможностью поворота кронштейна в плоскости, перпендикул рной продольной плоскости -концов патрубка вибратора, а вторые выполнены Z-образной формы, попарно сгруппированы и одними своимы концами жестко закреплены на кронштейнах, а другими - на концах соответствующего патрубка с двух его противоположных сторон, при :ем средние части Z-образных торсионных элементов расположены в перекрещивающихс  плоскост х с обеспечением возможности поворота концов патрубков в плоскости, перпендикул рной оси кронштейна.

Признаками, отличающими за вл емый

объект от известного,  вл ютс  выполнение вибратора -образной формы; выполнение основани  в виде рамы, в стенках которой по периметру выполнен канал; две смонтированные на раме и расположенные сим0 метрично продольной оси полки с окнами, через которые пропущены патрубки -образного вибратора; соединение концов патруб- ков с каналом основани  через эластичные герметичные узлы, например сильфоны;

5 введенные перпендикул рно концам патрубков кронштейны с торсионными элементами , одни из которых закреплены в средней части кронштейнов и св заны с соответствующими полками основани  с воз0 можностью поворота кронштейна в плоскости, перпендикул рной продольной плоскости концов патрубков вибратора, а вторые торсионные элементы Z-образной формы попарно сгруппированы и одними

5 свими концами жестко закреплены на кронштейнах , а другими -- на концах патрубков с двух противоположных сторон, причем средние части Z-образных торсионных элементов расположены в перекрещивающихо с  плоскост х с обеспечением возможности поворота концов патрубков в плоскости, перпендикул рной оси кронштейна.

Выполнение основани  в виде рамы позвол ет конструктивно разделить элементы

5 основани , выполн ющие две различные функции: внешние элементы по контуру рамы  вл ютс  каналами дл  подвода жидкости , а внутренне элементы рамы (полки)  вл ютс  силовыми элементами и обеспечиQ вают жесткое крепление первых торсионных элементов к раме, причем наличие полок позвол ет исключить крепление торсионных элементов к элементам рамы, в которых выполнены каналы дл  подвода жидкости.

Окна в полках обеспечивают возможность взаимного размещени  мерных участков -образных патрубков на позици х, оптимальных дл  съема информации, т.е. позвол ет регистрировать движение двух патрубков посредством одного чувствительного элемента, что повышает чувствительность , а, следовательно, и надежность работы устройства при малых значени х расхода жидкости.

Кронштейны, первые и вторые торсионные элементы обеспечивают упругое крепление патрубков -образного вибратора к раме (основанию), а эластичные герметические узлы (сильфоны) обеспечивают эла5

0

5

стичное соединение концов патрубков с каналами, выполненными в раме, что повышает надежность и безопасность конструкции .

-образна  форма патрубков вибратора обеспечивает возможность необходимых рабочих перемещений патрубков в двух ортогональных плоскост х, при этом в эластичных герметических узлах (сильфонах) возникают только изгибные напр жени , что повышает надежность и безопасность работы сильфонов.

Эффект, обусловленный отличительными признаками, заключаетс  в следующем

За вл ема  конструкци  позвол ет исключить в патрубках напр жени  изгиба, поскольку патрубки в процессе работы устройства не деформируютс  вследствие наличи  первых, вторых торсионных элементов иэалстичных узлов дл  креплени  патрубков к трубопроводу (сильфонов}. Таким обраразом, в данном случае имеет место разделение функций элементов устройства:

-функцию направл ющих каналов дл  измер емой среды выполн ют патрубки и сильфоны;

-функцию упругих элементов, обеспечивающих знакопеременные упругие пере- мещени  патрубков, выполн ют первые и вторые торсионные элементы.

Следует отметить, что, поскольку в данном устройстве отсутствует упруга  деформаци  п атрубков, то отпадает необходимость выполн ть патрубки тонкостенными , при этом сечение патрубков может быть произвольной формы (квадратной, многогранной и др.) Кроме того, отсутствие необходимости выполн ть патрубки упруги- ми и наличие торсионных элементов позвол ет снизить габариты всего устройства, так как необходимые углы поворота патрубков (дл  уверенной фиксации колебаний патрубков ) в за вл емом устройстве обеспечива- ютс  путем подбора жесткости торсионных элементов, а не увеличением длины петель патрубков.

Необходимо также отметить, что в за вл емом устройстве отсутствует противоре- чие, свойственное большинству известых аналогичных устройств, а именно толщина стенок патрубков должна быть по возможности меньше дл  обеспечени  амплитуды колебаний, достаточной дл  уверенной фик- сации состо ни  патрубков; толщина стенок патрубков должна быть по возможности больше дл  надежной и безопасной работы со средой, подаваемой под большим давлением .

Сильфоны, вследствие особенностей своей конструкции, испытывают значительно меньшие напр жени  иогиба, чем гладкие цилиндрические трубки при тех же углах поворота, поэтому целесообразно их использовать в тех узлах конструкции, где обычно имеют место максимальные напр жени  изгиба.

Таким образом, за вл ема  конструкци  позвол ет повысить надежность и безопасность работы устройства вследствие устранени  в нем упругих деформаций патрубков . Указанный эффект  вл етс  новым техническим свойством устройства, но свойство  вл етс  одним из признаков объекта, причем в данном случае существенным признаком , так как позвол ет отличить за вл емый объект от других объектов такого же назначени . Следовательно, совокупность существенных признаков (отличительные признаки плюс технические свойства) за вл емого объекта нова и за вл емое решение соответствует критерию существенные отличи .

На фиг. 1 изображена конструкци  устройства дл  измерени  массового расхода жидкости; на фиг. 2-7 -фрагменты и отдельные узлы устройства дл  измерени  массового расхода жидкости; на фиг. 8 - схема прохождени  потока измер емой среды через за вл емое устройство; на фиг. 9-11 - схемы, по сн ющие работу электронного измерительного блока за вл емого устройства; на фиг. 12а - кинематическа  схема, по сн юща  перемещение в пространстве патрубка 16 за вл емого устройства; на фиг 126,, 12в. 12г, 13-15-графики, по сн ющие работу за вл емого устройства; на фиг. 16 изображена принципиальна  схема блока 57 дл  обработки сигналов, формируемых электронным измерительным блоком за вл емого устройства.

За вл емый объект реализован следующим образом.

На основании 1 смонтированы полки 2 и 3 (см. фиг. 1), к центральным част м которых жестко прикреплены соответственно торсионные элементы 4 и 5. Каждый торсионный элемент (см. фиг. 2) содержит основани  6 и 7, выполненные в виде дисков, которые св заны между собой четырьм  равномерно расположенными по окружности упругими балками 8. Изображенный на фиг. 2 торсионный элемент  вл етс  упругим элементом, который обеспечивает взаимные угловые перемещени  оснований 6 и 7 вокруг оси 0-0, но исключает взаимные угловые перемещени  оснований 6 и 7 относительно осей, ортогональных оси 0-0. Торсионные элементы 4 и 5 креп тс  к полкам

2 и 3 основани ми 6, к основани м 7 креп тс  кронштейны 9 и 10. Торсионные элементы 4 и 5 расположены в устройстве соосно и, таким образом, кронштейны 9 и 10 закреплены с возможностью взаимного поворота во взаимно параллельных плоскост х вокруг оси М-М (см. фиг. 1). К концевым част м кронштейнов 9 и 10 прикреплены сгруппированные попарно Z-образные упругие элементы, образующие торсионные элементы 11-14 (см. фиг. 1. 3, 4). Средние части (балки 15, см. фиг. 4) Z-образных упругих элементов каждой пары расположены в перекрещивающихс  плоскост х, таким образом , кажда  пара Z-образных упругих эле- ментов образует упругий шарнир (торсионный элемент), осью вращени  которой  вл етс  ось F-F (L-L), см. фиг. 1, 3 (на фиг. 4 ось F-F перпендикул рна плоскости чертежа). Каждый Z-образный упругий элемент одним свим концом жестко прикреплен к патрубку 16 или 17, Таким образом, патрубок 16 крепитс  к кронштейну 9 посредством торсионных элеметов 11 и 12, а патрубок 17 крепитс  к кронштейну 10 посредством торсионных элементов 13 и 14 (суть трубчатый вибратор), при этом патрубки 16 и 17 закреплены с возможностью угловых перемещений относительно кронштейнов 9 и 10, а именно патрубок 16 может перемещатьс  вокруг оси L-L (см. фиг. 1), а патрубок 17 - вокруг оси F-F, т.е. в- плоскост х, перпендикул рных плоскост м вращени  соответственно кронштейнов 9 и 10. На основании 1 (см. фиг. 1, 3) закреплены блоки дл  возбуждени  колебаний 18-21, каждый из которых содержит сердечник 22 (посто нный магнит) и обмотку возбуждени  23 (см. фиг. 3), при этом каждый сердечник 22 размещен напротив соответствующего башмака 24, которыми снабжен каждый конец кронштейнов 9 и 10. В процессе функционировани  устройства (при поступлении электрического тока в обмотку 23) башмак 24 прит гиваетс  или отталкиваетс  сердечником 22. Таким образом, башмаки 24 и блоки 18-21 расположены так (в соответствии с фиг. 1), что при поступлении в обмотки блоков 18,19 или 20, 21 синфазных переменных токов к кронштейнам 9 или 10 прикладываютс  пары сил, обеспечивающие колебани  кронштейнов относительно оси М-М.

К полкам 2 и 3 прикреплены кронштейны 25 и 26, выполненные из магнитом гкого материала, на которых смонтированы (например , приклеены) чувствительные катушки 27 и 28 (см, фиг.9 1, 5, 6, 7). К патрубкам 16 и 17 прикреплены соответственно магнитные системы 29, 30 и 31, 32.(см. фиг. 1,

5, 6, 7), кажда  из которых содержит два посто нных магнита, магнитные потоки которых замыкаютс  через кронштейны 25 и 26 (на фиг. 6 стрелками изображен путь магнитного потока магнитной системы 31). Ориентаци  магнитных попюсов двух соседних магнитных систем (29 и 31) изображена на фиг. 7.

Магнитные системы 29 и 31 с чувстви0 тельной катушкой 27, а магнитные системы 30 и 32 с чувствительной катушкой 28 образуют четыре датчика скорости (четыре блока съема колебаний патрубков).

Основание 1 (см. фиг. 1) снабжено узла5 ми 33 и 34 подвода и отвода жидкости, а в стенках основани  1 выполнены каналы 35, по которым протекает измер емый поток жидкости. Концы патрубков 16 и 17 соединены с каналами 35 эластичными узлами

0 36-39 подвода и отвода потока жидкости, конструкци  которых позвол ет перемещатьс  патрубками относительно основани  1 в некоторых пределах, определ емых колебаний патрубков в процессе работы ус5 тройства, при этом узлы 36-39 могут быть выполнены, например, в виде сильфонов (см. фиг. 1, 4). Схема взаимного расположени  всех элементов устройства, по которым протекает измер емый поток жидкости,

Q изображена (в плане) на фиг. 8.

Обмотки возбуждени  блоков 18-21 и обмотки чувствительных катушек 27 и 28 подключены через электрический соединитель 40 (см. фиг. 1) к электронному блоку 41

с возбуждени  и измерени  колебаний, устройство которого изображено на фиг. 9. Блок 41 содержит генератор 42 синусоидального сигнала, выход которого подключен к первому входу Вх 1 управл емого

Q усилител  43 мощности. К выходу усилител  43 подключены блоки возбуждени  колебаний 18-21, а к второму входу Вх 2 усилител  43 подключена обмотка чувствительной катушки 27. Вход Вх 2 управл емого усилител 

с 43 мощности  вл етс  входом обратной св зи , и на него подаетс  сигнал с позиции поддержани  колебаний, т.е с позиции, на которой поддерживаетс  посто нным один из параметров колебаний - в данном случае скорость колебаний. В рассматриваемом ус- тройстве поддерживаетс  посто нной скорость колебаний позиций, на которых закреплены посто нные магниты 29 и 31 (взаимодействующие с обмоткой катушки 27). Генератор 42 и управл емый усилитель 43 представл ет собой управл ющий генератор , такие генераторы выпускаютс  серийно , и а данном случае может быть использован генератор ГЗ-104. ЕХЗ.265.019 ТУ.

5

В состав блока 42 вход т также нормирующие блоки 44 и 45, к входам которых подключены соответственно обмотки чувствительных катушек 27 и 28, выходы нормирующих блоков 44 и 45 подключены к входам блоков 46 и 47 формировани  импульсов , а выходы блоков 46 и 47 подключены соответственно к первому Вх 1 и второму Вх 2 входам блока 48, выполн ющего логическую функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. т.е., на выходе блока 48 сигнал высокого уровн  присутствует только в том случае, если на обеих входах блока 48 одновременно присутствует комбинаци  сигналов высокого и низкого уровней.

Блоки 44 и 45 обеспечивают на своих выходах посто нные по амплитуде сигналы при измен ющихс  амплитудах сигналов на входах и могут быть выполнены, например, на основе устройства, схема которого изображена на фиг. 10, и нос щего название компрессор. Последний построен на делителе напр жени , составленном из резистора 49 и полевого транзистора 50, выполн ющегофункцию переменного резистора . Выход делитело  соединен с пр мым входом операционного усилител  51, а выход операционного усилител  подключен к детектору 52, который формирует посто нный уровень управл ющего сигнала. Выход детектора 52 подключен к затвору полевого транзистора 50. Управл ющий сигнал мен ет проводимость полевого транзистора 50. при этом при возрастании амплитуды входного сигнала транзистор 50 открываетс  сильнее, вследствие чего уменьшаетс  амплитуда сигнала, поступающего на операционный усилитель 51.

Блоки 46 и 47 формируют последовательности пр моугольных импульсов, причем временные характеристики указанных последовательностей (длительность импульса , скважность)  вл ютс  функцией уровн  сигналов ограничени  исходных синусоидальных сигналов, поступающих на входы блоков 46 и 47. Блок 46 (47) может быть выполнен, например, в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 11, и представл ет собой компаратор, состо щий из двух операционных усилителей 53 и 54 с порогами переключени  -Unop и +Unop. Посто нные напр жени , значени  которых равны указанным порогам переключени , поступают через делитель напр жени  на входы Вх 2 и Вх 3. а на вход Вх 1 компаратора поступает (с выхода блока 46 или 47) обрабатываемый синусоидальный сигнал (см..фиг. 11), При этом на выходах операционных усилителей 53 и 54 формируютс  пр моугольные импульсы, присутствующие в

момент прохождени  продолжительной полуволны синусоидального сигнала на выходе усилител  53, а в момент прохождени  отрицательной полуволны - на выходе усилител  54. Указанные пр моугольные импульсы присутствуют только в течение времени, когда значени  полуволны синусоидального сигнала превышают значени  порогов переключени  -Unop и -i Unop.

0 Формируемые операционными усилител ми 53 и 54 последовательности импульсов поступают соответственно на входы Вх 1 и Вх 2 блока 56, выполн ющего логическую функцию И-НЕ, в результате чего на выходе

5 блока 56 присутствует последовательность пр моугольных однопол рных импульсов удвоенной (по сравнению со входами BAxI и Вх 2 блока 56) частот ы следовани . Сигналы с блока 48 поступают на IK-триггер 57 со

0 структурой мастер-помощник (микросхема К155ТВ1) и далее на вход блока 58 измерени  длительности импульсов.

Следует отметить, что на фиг. 13 работа блоков 46 и 47 иллюстрируетс  фрагмента5 ми фиг. 13а и 13г. при этом на фиг. 13в условно изображено детектирование синусоидального сигнала, однако указать на фиг. 9. где изображен блок 41, точку, в которой сигнал имеет форму, соотвествующую фиг.

о 13в, невозможно, так как внутри операцией ных усилителей 53 и 54 осуществл етс  несколько операций над сигналами, вследствие чего сигналы на их входах соответствуют фиг. 136, а сигналы на их выходах с фиг. 13г.

За вл емое устройство работает следующим образом.

Блоки 18, 19 и 20, 21 возбуждают колебани  патрубков 16 и 17 вокруг оси М-М

(-, (фиг. 1) с частотой, соответствующей частоте сигнала, формируемого генератором 42. При этом, вследствие пересечени  магнитными пол ми магнитных систем 29, 31 и 30, 32 секций обмоток соответственно чувствиг тельных катушек 27 и 28 (см. фиг. 5. 6, 7), в последних индуцируетс  ЭДС. обеспечивающа  поступающие на вход Вх 2 блока 43 и на входы блоков 44 и 45 сигналов синусоидальной формы.

При отсутствии расхода Q измер емой среды, заполн ющей патрубки 16 и 17, фазовый сдвиг между сигналами и U28, формируемыми в обмотках катушек 27 и 28, равен нулю (Дуз 0)(см. фиг. 13а). При этом сигналы, присутствующие на выходах нормирующих блоков 44 и 45, изображены на фиг. 136. При-прохождении через блоки 46 и 47 нормированные по амплитуде сигналы (имеющие взаимный фазовый сдвиг Д 0)

0

5

сравниваютс  на компараторах с порогами ограничени  + и + Unop47 (эта операци  изображена на фиг. 13в, причем отрицательна  полуволна сигналов изображена детектированной) и обрабатываютс  на блоках 56 логической операции И-НЕ (см. фиг. 11), в результате чего сигналы на выходах блоков 46 и 47 соответствуют осциллограммам фиг. 13г и фиг. 13д. При этом пр моугольные импульсы последовательности на еыходе блока 46 более широкие, чем импульсы последовательности на выходе блока 47. а передние и задние фронты импульсов последовательности U46 равноудалены соответственно от передних и задних фронтов импульсов последовательности U47, т.е. Д ti А т.2. Обе последовательности импульсе5 LMe и Us поступают соответственно на входы Вх1 и Вх2 блока 48 и, в результате выполнени  логической операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. на выходе блока 48 присутствует последовательность импульсов IJ48 (см. фиг. 13е), в которой все импульсы имеют равную прот женность во времени (At Ati Дт.2), а врем  паузы между импульсами зависит от выбора значени  Unopie и Unop47 и может быть, в частности, выбранным равным по значению времени прот женности импульса .

При наличии расхода Q измер емой среды последн   протекает через устройство по каналам, сильфонам и патрубкам в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 8. Возбуждение противофазных колебаний патрубков 16 и 17 относительно оси М-М (что обеспечиваетс  подачей синфазных токов в обмотки блоков 18 и 19, 20 и 21) и одновременное наличие расхода Q измер емой среды вызывают по вление действующего на измер емую среду (жидкость) ускорени  Кориолиса, направление действи  которого измен етс  с частотой возбуждающих колебаний (см. фиг. 12а), а фаза сдвинута относительно возбуждающих колебаний MB на угол 90°. При этом патрубки 16 и 17 колеблютс  относительно соответственно осей L-L и F-F (см. фиг. 1) с угловой скоростью (см. фиг. 12а). Характер движени  патрубков рассмотрим на примере движени  патрубка 16. Допустим, что под действием возбуждающей силы патрубок 16 отклонилс  в некоторое крайнее положение (см. фиг. 12а) на угол а и занимает положение , обозначенное 16. При вращении патрубка 16 вокруг оси М-М в направлении, обозначенном на фиг. 12а стрелкой К, точки D и Е, принадлежащие патрубку 16, перемещаютс  по окружности G и, одновременно, вследствие по влени  ускорени  Кориолиса , точка D перемещаетс  по окружности RL а точка Е - по окружности R2. При этом, если

условно заменить силу Кориолиса посто нной эквивалентной силой, значение которой равно амплитудному значению силы Кориолиса , и одновременно исключить возбуждающие колебани , то положение патрубка 16

соответствовало бы отклонению на угол /, обозначенному на фиг .12а позицией 16. Таким образом, очевидно, что точки D и Е участвуют в сложном движении в двух плоскост х , причем;

- линейные скорости точек D и Е в плоскости окружности G обусловлены возбуждением патрубка 16 блоками 18 и 19 и обозначены на фиг. 126 и фиг. 12в соответственно VBD и VBE;

линейные скорости точек D и Е в плоскост х соответственно окружностей RI и R2 обусловлены эффектом Кориолиса и обозначены на фиг. 126 и фиг. 12в VKD и VKE:

- сложение линейных скоростей движени  точек D и Е (с учетом того обсто тельства , что скорости точек D и Е в плоскости окружности G наход тс  в противофазе) отображено на фиг. 126 и фиг. 12в (соответственно VBD + VKD и VBE + VKE) и показывает,

что между полными скорост ми точек D и Е существует сдвиг по фазе Ду, причем величина VBE + WE опережает по фазе величину VBE, а -величина VBD VKD отстает по фазе от величины VBD.

Рассмотрим, как зависит фазовый сдвиг

Ау от амплитудного значени  величины VKA, т.е. как зависит фазовый сдвиг от значени  расхода Q, поскольку известно,что сила, действующа  на патрубок 16, пр мо пропорциональна расходу Q измер емой среды, а следовательно, пр мо пропорциональны значению расхода Q ам- питудные значени  отклонени , скорости перемещени  и ускорени  патрубка 16 при

его колебательном движении относительно оси L-L под действием силы, вызванной эффектом Кориолиса (торсионные элементы 11-14 (см. фиг. 1) имеют линейные характеристики жесткости).

Закон изменени  величины VB можно

записать следующим образом: VB VBA- sin p.

где VBA - амплитудное значение скорости движени  точек D и Е при их движении по окружности G;

р - аргумент, характеризующий фазу колебаний системы

Закон изменени  величины VB может быть записан следующим образом:

VK VKA cos p,

где VKA - амплитудное значение скоростей движени  точек D и Е при их движении по окружност м RI и RZ ,

р-см. выше.

Законы изменени  величин VBE + VKE и VBD + VKD могут быть записаны следующим образом:

VBE + VKE VBA VKA- (1) VBD + VKD -VBA sin p + VKA cosy. (2)

Чтобы определить, как соотнос тс  фазы величин, характеризующихс  выражени ми (1) и (2), с фазой возбуждающих колебаний VB, определим фазы экстремальных точек выражений (1) и (2), дл  чего определим производные зависимостей (1) и (2) и приравн ем их к нулю

(VBE +VKE) VBA-COS P-VKA-siny (3)

I

(Veo + VKD) -VBA cos p - VKA sln (4) VBA-cos p VKA- sin (5)

-VBA-COS - VKA-siny 0(6)

Определим, при каких значени х у выполн ютс  равенства (5) и (6).

cos p

A sin «7

- arctg2

VBA VKA

(7)

(8)

(9)

(Ю)

Анализ осциллограмм показывает (см. фиг. 126 и фиг. 12в), что амплитудные значени  (экстремальные точки) зависимости (1) и (2) имеют в тех интервалах оси абсцисс, где функции + VsA-sin (f и VKA-COS р имеют одинаковые знаки. Следовательно, исследовать характер изменени  зависимостей (9) и (10) следует только в интервалах оси абсцисс, где функции ± VBA-sIn рн VKA-COS узимеют одинаковые знаки. Поскольку функции, изображенные на фиг. 126 и

фиг. 12в, периодические, то целесообразно рассмотреть интервалы изменени  аргумента от - л до + jr.

В интервале значений аргумента -л:

5 - л /2 экстремальные точки функции (2) отсутствуют , а функци  (1) имеет экстремальную точку. При стремлении величины VKA к нулю (что соответствует отсутствию расхода Q измер емой среды) значение отношени 

0 (7) стремитс  к бесконечности, при этом фаза р (см. фиг. 12г) стремитс  к значению -   /2 (т.е. крива  VBE + VKE стремитс  зан ть положение кривой VBE). При возрастании величины VKA что соответствует

5 увеличению расхода Q измер емой среды, значение отношени  (7) стремитс  к нулю, при этом фаза# 1 (см. фиг, 12г) стремитс  к значению - л , т.е. возрастает фазовый сдвиг между кривыми VBE + VKE и кривой VBE

0 (см. фиг. 126).

В интервале - л /2 О экстремальные точки функции (1) отсутствуют, а функци  (2) имеет экстремальную точку. При стремлении величины VKA к нулю значе5 ние отношени  (8) стремитс  к минус бесконечности , при этом фаза pi (см. фиг. 12г) стремитс  к значению -  /2 (т.е. крива  VBD + VKD стремиитс  зан ть положение кривой VBD). При возрастании величины

0 VKA значение отношени  (8) стремитс  к ну- лю(но по отрицательной ветви абсцисс), при этом фаза pz (см. фиг. 12г) стремитс  к значению нул , т.е. возрастает фазовый сдвиг Дда между кривыми VBD + VKD и кривой VBD

5 (см. фиг. 12в).

В интервале значений аргумента 0... л/2 экстремальные точки функции (2) отсутствуют , а функци  (1) имеет экстремальную точку. При стремлении величины VKA к нулю

0 значение отношени  (7) стремитс  к бесконечности , при этом значение фазы у (см. фиг. 12г) стремитс  к значению л /2. При возрастании величины VKA значение отношени  (7) стремитс  к нулю (см. фиг. 12г),

5 при этом значение фазы р стремитс  к нулю , т.е. возрастает фазовый сдвиг между кривой VBE + VKE и кривой VBE (см. фиг. 126). В интервале значений аргумента л: II... л экстремальные точки функции (1) отсутст0 вуют, а функци  (2) имеет экстремальную точку. При стремлении величины VKA к нулю значение отношени  (8) стремитс  к минус бесконечности, при этом значение фазы pi (см. фиг., 12г) стремитс  к значению лII.

5 При возрастании величины VKA значение отношени  (8) стремитс  к нулю, но по отрицательной ветви оси абсцисс, а значение фазы (рг стремитс  к значению л (см. фиг. 12в).

Анализ графиков, приведенных на фиг. 126 и 12в, показывает, что крива  VBO + VKD с возрастанием значени  VKA смещаетс  вправо относительно исходной кривой VBD, з крива  VBE + VKE с возрастанием значени  VKA смещаетс  влево относительно кривой VBE- Поскольку исходные кривые VBD и VBE смещены относительно друг друга на угол, равный  , то фазовый сдвиг между кривыми VBD + VKD и VBE + VKE после условной инверсии одной из кривых равен

+ .

На основании вышеизложенного следует , что при направлении течени  жидкой среды, обозначенном стрелкой Q на фиг. 1, и наличии возбуждющих колебаний OJQ патрубки 16 и 17 колеблютс  таким образом, что их части, на которых закреплены магнитные системы 30 и 32, опережают по фазе части, на которых закреплены магнитные системы 29 и 31. Таким образом, с обмоток чувствительных катушек 27 и 28 на входы блоков 44 и 45 поступают сигналы IJ27 и U28, изображенные на фиг. 14а. Следует отметить , что трудно практически обеспечить идентичность характеристик датчиков скорости , образованных магнитными системами 29, 31 и 30, 32 соответственно с чувствительными катушками 27 и 28, вследствие чего реальные сигналы скорости с катушек 27 и 28 несколько отличаютс  по амплитуде, что и изображено на фиг. 14а (13а). Блоки 44 и 45 осуществл ют нормирование сигналов по амплитуде, но не измен ют их фазовые соотношени  (см. фиг. 146). При прохождении через блоки 46 и 47 нормированные по амплитуде сигналы (имещие взаимный фазовый сдвиг Д &$ сравниваютс  на компараторах с порогами ограничени  + Unop46 и ± Unop47 (эта операци  изображена на фиг, 14в, причем отрицательные полуволны сигналов изображены детектированными) и обрабатываютс  на блоках 56 логической операции И-НЕ (см. фиг. 11), в результате чего сигналы на выходах блоков 46 и 47 соответствуют осциллограммам фиг. 14г и 14д.

При этом пр моугольные импульсы последовательности на выходе блоков 46 более широкие, чем импульсы последовательности на выходе блока 47, передние и задние фронты импульсов 1)47 нерэвноуда- лены от соответственно передних и задних фронтов импульсов U46. т.е. Att Д t2 . Последовательности импульсов U46 и Ш поступают соотвественно на-входы Вх 1 и Вх 2 блока 48, и в результате выполнени  логи-.

ческой операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на выходе блока 48 (см. фиг. 14е) присутствует последовательность импульсов U48. в которой имеет место последовательное чередование разношироких импульсов, причем изменение ширины импульсов (по сравнению с последовательностью, изображенной на фиг. 13е) пропорционально фазовому сдвигу Ду, а, следовательно, значению расхода Q.

Информаци , поступающа  с выхода блока 48, может быть обработана с помощью различных средств, например с помощью IK-триггера (блок 57) со структурой

мастер-помощник (микросхема К155ТВ1), котора  включена в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 16, и срабатывает на передние фронты импульсов последовательности , поступающей на ее вход. Блок 57

(см, фиг. 15) формирует на своем выходе импульс, длительность которого равна сумме длительности импульса и длительности паузы:

25

Т , Т2 + Тз , + Т5.

Таким образом, в последовательности

импульсов, поступающих на вход блока 57, при сохранении неизменным времени Ti (см. фиг. 13е, 14е. 15). врем  TЈ и. следовательно , ДТ, соответствующее длительности импульса на выходе блока 57, измен етс 

пропорционально значению расхода Q жидкой среды. Измерение длительности импульсов осуществл ет блок 58, выполненный, например, на основе серийного измерител  длительности импульсов.

(частотомер электронно-счетный Ч3234А).

К преимуществам за вленного устройства следует отнести:

отсутствие в патрубках напр жений изгиба , что обеспечиваетс  системой торсионных элементов, обеспечивающих угловые перемещени  патрубков в двух ортогональных плоскост х, и эластичными герметическими узлами, которые соедин ют концы патрубков с каналами, выполненными в раме . Указанное свойство повышает надежность и безопасность работы устройства;

возможность использовать патрубки любой в сечении формы, что, например, при использовании патрубков пр моугольной в

сечении формы упрощает крепление чувствительных элементов к патрубкам, т.е. повышает технологичность устройства:

возможность использовани  дл  изготовлени  патрубков толстостенных труб, так

как в за вл емом устройстве патрубки не  вл ютс  упругими элементами, что повышает надежность и технологичность устрой- ства, а также снижает стоимость устройства;

возможность снижени  жесткости колебательной системы патрубков путем изменени  жесткости вторых торсионных элементов, что позвол ет уменьшить габариты устройства, так как не требует дл  уве- личени  чувствительности увеличивать линейные размеры патрубков.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  массового расхода жидкости, содержащее основание, трубчатый вибратор в виде двух расположенных симметрично в одной плоскости изогнутых патрубков с узлами подвода и отвода потока жидкости и электронный блок измерений и возбуждени  колебаний , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и безопасности в работе устройства, в нем трубчатый вибра- тор выполнен -образной формы и основание - в виде рамы, в стенках которой по периметру выполнен канал, а симметрично относительно продольной оси расположены две полки с окнами, через которые пропущены патрубки -образного вибратора, концы которых соединены с каналом основани  посредством введенных эластичных, герметичных узлов, а перпендикул рно концам патрубков введены кронштейны с торсионными элементами, одни из которых закреп- лены в средней части кронштейнов и св заны с соответствующими полками основани  с возможностью поворота кронштейна в плоскости, перпендикул рной продольной плоскости концов патрубков вибратора, а вторые выполнены Z-образной формы, попарно сгруппированы и одними своими концами жестко закреплены на кронштейнах, а другими - на концах патрубков с двух его противоположных сторон, причем средние части Z-образных торсионных элементов расположены в перекрещивающихс  плоскост х с обеспечением возможности поворота концов патрубков в плоскости, перпендикул рной продольной оси кронштейна.

   35 21 Фиг.

   J4

   Q

   Фиг. 2

   2k 22

   23

   21

   /

   ВидВ

   „ LLL

   27„

   N

   /

   31

   Фиг. 5 Q

   35

   Фиг.З

   LH

   13 38

   77

   17 15

   Фиг Л

   27(28)

   Ј-ъ

   35

   Вых

   52Bx.j

   Ь-НМ

   Фиг. ю

   Фиг.9

   Вх.2 .. Ј- .

   53 %ОбЩ.

   Вх.Щкк} .вых.

   нн

   Фиг.и

   ч+«

   WA

   z/

   /%

   . /За

   x«4

   V

   - I

   flU

   .A1 V

   ,

   ,

   «sW /

   Vi

   Vi Я-П , V - - i JV

   .II17

   -

   4. #/

   I

   Vi

   r/

   L

   УЦ

   i & V

   № t v

   M

   IM

   -t

   .

   л

   4,#g

   п

   Лг

   ЬлАд

   ft,

   &л #е

   Ј &лв8