RU206991U1

RU206991U1 - VIBRATION TRANSMITTER

Info

Publication number: RU206991U1
Application number: RU2020105009U
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Сизов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Электротех"
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2021-10-05

Abstract

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.Полезная модель направлена на повышение точности измерения вибрационного преобразователя при работе под высоким давлением вплоть до 70 МПа.Указанная задача достигается тем, что вибрационный измерительный преобразователь состоит 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. 3 ил.The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the density and mass flow rate of liquids by a vibration method under conditions of work with viscous and abrasive liquids under high pressure, for example, for use with cement and drilling fluids. high pressure up to 70 MPa. The specified task is achieved by the fact that the vibration measuring transducer consists of two measuring tubes located parallel to each other, fastened together by nodal elements and connected to the final elements, a controller, a driver and one or two sensors, a protective casing, in this case, a pressure sensor is installed in the end element through an adapter containing a separating membrane and filled with oil. 3 ill.

Description

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.The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the density and mass flow rate of liquids by a vibration method in conditions of work with viscous and abrasive liquids under high pressure, for example, for use with cement and drilling fluids.

Известен преобразователь вибрационного типа (патент РФ на изобретение №2298165, опубл. 27.04.2007, бюл. №12), который содержит прямую измерительную трубу для протекания жидкости, сообщенную с трубопроводом через впускной и выпускной патрубки, на которых закреплен корпус. Колебания измерительной трубы с закрепленным на ее концах ответным вибратором создает устройство возбуждения и регистрирует сенсорное устройство. Для создания сил сдвига в жидкости в измерительной трубе при работе возбуждают крутильные колебания. Для создания Кориолисовых сил в жидкости труба, по меньшей мере, периодически также совершает изгибные колебания. Частота крутильных колебаний и частота изгибных колебаний задаются разными между собой. Внутренняя часть измерительного преобразователя, образованная измерительной трубой, ответным вибратором и закрепленными на них сенсорным устройством и устройством возбуждения, имеет центр тяжести массы, лежащий внутри измерительной трубы.Known vibration-type transducer (RF patent for invention No. 2298165, publ. 04/27/2007, bull. No. 12), which contains a straight measuring pipe for fluid flow, communicated with the pipeline through the inlet and outlet pipes, on which the housing is fixed. Oscillations of the measuring tube with a reciprocal vibrator fixed at its ends creates an excitation device and registers a sensor device. To create shear forces in the liquid, torsional vibrations are excited in the measuring tube during operation. To create Coriolis forces in the fluid, the pipe also performs bending vibrations at least periodically. The frequency of torsional vibrations and the frequency of bending vibrations are set differently from each other. The inner part of the measuring transducer, formed by the measuring tube, the reciprocal vibrator and the sensor device and the excitation device fixed thereon, has the center of gravity of the mass lying inside the measuring tube.

Кроме того 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.In addition, a vibration meter is known (RF patent for invention No. 2533332, publ. 20.11.2014, bul. No. 32), which includes one or more pipelines, including an oscillating section and a non-oscillating section, and a drive connected to one pipeline from one or more pipelines and configured to excite vibrations of the vibrating section of the pipeline at one or more drive frequencies. The vibration meter also includes one or more measuring transducers connected to a single conduit from one or more conduits and configured to register the movement of the conduit. One or more parts of the meter, excluding the oscillating section of pipelines, the drive and measuring transducers, are equipped with a damping material applied at least to the surface area of the part of the meter for one or more parts of the meter, which reduces one or more resonant vibration frequencies of the part of the meter below one or several drive frequencies.

Недостатком описанных конструкций является низкая точность измерения при использовании вибрационного преобразователя под высоким давлением вплоть до 70 МПа, так как при данном давлении измерительные трубки могут деформироваться.The disadvantage of the described designs is the low measurement accuracy when using a vibration transducer under high pressure up to 70 MPa, since at a given pressure the measuring tubes can be deformed.

Технической задачей полезной модели является повышение точности измерения вибрационного преобразователя при работе под высоким давлением вплоть до 70 МПа.The technical task of the utility model is to improve the measurement accuracy of the vibration transducer when operating under high pressure up to 70 MPa.

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, при этом в конечном элементе через переходник, содержащий разделительную мембрану и заполненный маслом, установлен датчик давления.The technical result is achieved by the fact that a vibration measuring transducer consisting of two measuring tubes located parallel to each other, fastened together by nodal elements and connected to the final elements, a controller, a driver and one or two sensors, a protective casing, while in the final element through an adapter containing a seal diaphragm and filled with oil, a pressure transducer is installed.

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 - электромагнитный сенсор.The utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 shows the appearance of a vibration measuring transducer; in fig. 2 - vibration measuring transducer without a protective casing, FIG. 3 - electromagnetic sensor.

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 через переходник 7 содержащий разделительную мембрану и заполненный маслом. На первой измерительных трубке 1 и второй измерительной трубке 2 закреплены сваркой попарно и соосно кронштейны 8 с резьбовыми отверстиями для установки электромагнитного драйвера 9 и одного или двух электромагнитных сенсоров 10. В конечные элементы 4 и 5 с помощью конической резьбы устанавливаются переходные элементы 11, на других концах которых закреплены гайка быстроразъемного соединения 12 и винт быстроразъемного соединения 13. Вибрационный измерительный преобразователь закрывается защитным кожухом 14, выполненным из цилиндрической трубы, и закрепленным сваркой с обеих сторон к конечным элементам 4 и 5. На защитном кожухе 14 расположена рамка 15 для крепления контроллера 16 и доступа к электромагнитному драйверу 9 и электромагнитному сенсору 10. На защитном кожухе 14 может быть выполнен один или два лючка 17 с крышками 18 для доступа к одному или обоим электромагнитным сенсорам 10 для монтажа. На защитном кожухе 14 закреплены неразъемным соединением ручки для переноски 19 и 20. К ручке 20 закрепляется защитный кожух датчика давления 21. Электромагнитный драйвер 9 и электромагнитные сенсоры 10 имеют одинаковую конструкцию и состоят из соосно расположенных стоек 22 и 23, вкрученных в кронштейны 8 и законтренных гайками 24. На торце стойки 22 установлен постоянный магнит, на торце стойки 23 закреплен каркас катушки. Для компенсации характеристик преобразователя от изменения температур измерительных трубок 1 и 2 и защитного кожуха 14, на нем и одной из трубок 1 или 2 установлены температурные датчики.The vibration measuring transducer consists of a first straight measuring tube 1, a second straight measuring tube 2, located parallel to the first one, fastened together by nodal elements 3, and welded at their ends into end elements 4 and 5. A hole is made in the end element 5 to install a pressure sensor 6 through an adapter 7 containing a separating membrane and filled with oil. On the first measuring tube 1 and the second measuring tube 2, brackets 8 with threaded holes are fixed by welding in pairs and coaxially for installing an electromagnetic driver 9 and one or two electromagnetic sensors 10. Transition elements 11 are installed in the final elements 4 and 5 using a tapered thread; the ends of which are fixed the quick-release nut 12 and the quick-release screw 13. The vibration measuring transducer is closed by a protective casing 14 made of a cylindrical pipe and welded on both sides to the end elements 4 and 5. On the protective casing 14 there is a frame 15 for attaching the controller 16 and access to the electromagnetic driver 9 and the electromagnetic sensor 10. The protective casing 14 can be provided with one or two hatches 17 with covers 18 for access to one or both of the electromagnetic sensors 10 for mounting. On the protective casing 14, the carrying handles 19 and 20 are fixed with an integral connection. The protective casing of the pressure sensor 21 is fixed to the handle 20. The electromagnetic driver 9 and electromagnetic sensors 10 have the same design and consist of coaxially located racks 22 and 23 screwed into the brackets 8 and locked nuts 24. A permanent magnet is installed at the end of the rack 22, and the coil frame is fixed at the end of the rack 23. To compensate for the characteristics of the transducer from changes in the temperatures of the measuring tubes 1 and 2 and the protective casing 14, temperature sensors are installed on it and one of the tubes 1 or 2.

Провода от электромагнитного драйвера 9, электромагнитных сенсоров 10 и температурных датчиков выводятся на разъем, закрепленный на защитном кожухе 14 в рамке 15. 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 8 с резьбовыми отверстиями. На полученную конструкцию надевается защитный кожух 14, выполненный в виде трубы с рамкой 15 для крепления контроллера 16. Защитный кожух 14 дополнительно может иметь один или два лючка 17 с крышкой 18, которые могут использоваться для доступа к электромагнитным сенсорам 10. Защитный кожух 14 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 11, с другой стороны которых установлены гайка 12 и винт 13 быстроразъемного соединения. Конечный элемент 5 выполняется с отверстием, в которое устанавливается датчик давления 6 через переходник 7 имеющий разделительную мембрану и заполненный маслом. Через рамку 15 и лючки 17 в кронштейны 8 с резьбовыми отверстиями устанавливаются электромагнитный драйвер 9 и один или два электромагнитных сенсора 10. Установка электромагнитного драйвера 9 и электромагнитного сенсора 10 производится следующим образом. В кронштейн 8 с резьбовым отверстием закрепленный на измерительной трубке 1 или 2 ввинчивается с накрученной контровочной гайкой 24 до конца резьбы стойка 22 на торце которой закреплен постоянный магнит. В противоположный кронштейн 8 с резьбовым отверстием, расположенный на другой измерительной трубке 1 или 2, ввинчивается стойка 23 с навинченной контровочной гайкой 24, на торце которой закреплен каркас катушки. Стойка 23 фиксируется на кронштейне 8 контровочной гайкой 24. Зазор между постоянным магнитом и катушкой регулируется вращением стойки 22. После регулировки стойка 22 фиксируется на кронштейне 8 гайкой 24. На одну из измерительных трубок 1 или 2 и на защитный кожух 14 через рамку 15 устанавливаются датчики температуры. Провода от электромагнитного драйвера, электромагнитных сенсоров и датчиков температуры заводятся на разъем установленный в рамке 15. На рамку 15 устанавливается контроллер 16 с ответным разъемом. К внешнему разъему контроллера подключается кабель датчика давления 6. Лючки 17 закрываются крышками 18. 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 9. Амплитуда колебаний вибрационного преобразователя стабилизируется по сигналу с одного электромагнитного сенсора 10. Второй электромагнитный сенсор 10 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.The wires from the electromagnetic driver 9, the electromagnetic sensors 10 and the temperature sensors are output to the connector fixed to the protective casing 14 in the frame 15. The vibration transducer is used as follows. Nodal elements 3 are put on the measuring tubes 1 and 2, then the ends of the measuring tubes 1 and 2 are welded into the final elements 4 and 5, after that the nodal elements 3 are welded to the tubes 1 and 2 symmetrically relative to the middle. On the surface of the tubes 1 and 2 in the middle, and also from one or both sides relative to the middle, brackets 8 with threaded holes are welded in pairs and coaxially. A protective casing 14 is put on the resulting structure, made in the form of a pipe with a frame 15 for attaching the controller 16. The protective casing 14 can additionally have one or two hatches 17 with a lid 18, which can be used to access the electromagnetic sensors 10. The protective casing 14 is welded with one side to the end element 4, and on the other side to the end element 5 of the converter. The end elements 4 and 5 are screwed onto the tapered thread of the adapter 11, on the other side of which the nut 12 and the screw 13 of the quick-release connection are installed. The end element 5 is made with a hole in which the pressure sensor 6 is installed through the adapter 7, which has a separating membrane and is filled with oil. An electromagnetic driver 9 and one or two electromagnetic sensors 10 are installed through the frame 15 and the hatches 17 into the brackets 8 with threaded holes. The electromagnetic driver 9 and the electromagnetic sensor 10 are installed as follows. In the bracket 8 with a threaded hole, fixed on the measuring tube 1 or 2, a post 22 is screwed with a screwed lock nut 24 to the end of the thread, at the end of which a permanent magnet is fixed. In the opposite bracket 8 with a threaded hole, located on the other measuring tube 1 or 2, a post 23 with a screwed on lock nut 24 is screwed, at the end of which the coil frame is fixed. The post 23 is fixed on the bracket 8 with a lock nut 24. The gap between the permanent magnet and the coil is adjusted by rotating the post 22. After adjustment, the post 22 is fixed on the bracket 8 with a nut 24. On one of the measuring tubes 1 or 2 and on the protective casing 14 through the frame 15, sensors are installed temperature. The wires from the electromagnetic driver, electromagnetic sensors and temperature sensors are connected to the connector installed in the frame 15. A controller 16 with a mating connector is installed on the frame 15. The pressure sensor cable is connected to the external connector of the controller. The hatches 17 are closed with covers 18. The operating principle of the vibration measuring transducer is based on the resonant effect of a mechanical oscillatory system, consisting of two straight tubes 1 and 2, and on the Coriolis effect. Oscillations of the tubes 1 and 2 of the vibration transducer are excited by an electromagnetic driver 9. The vibration amplitude of the vibration transducer is stabilized by the signal from one electromagnetic sensor 10. The second electromagnetic sensor 10 is used to determine the phase delay of the oscillations in comparison with the signal of the first sensor. The resonant vibration frequency of the tubes is determined by the properties of the mechanical oscillatory system and depends on the material, size and mass of the measuring tubes. The mass of the measuring tubes is determined by the mass of the pipe material and the mass of the liquid. The density of the fluid is calculated from the vibration frequency of the vibrating transducer. Under the influence of high pressure, the tubes expand, their volume and stiffness change, therefore, in this case, compensation of readings from changes in pressure is required for accurate density measurement. The movement of a liquid inside such an oscillatory system introduces additional deformation of the oscillating tubes and forms a phase shift of the oscillations of the sensors proportional to the speed of movement of the liquid. The phase shift between the sensor signals is used to calculate the mass flow rate of the liquid.

Положительный результат достигается тем, что в один из конечных элементов вибрационного преобразователя установлен датчик давления для компенсации характеристик преобразователя от изменения давления среды.A positive result is achieved by the fact that a pressure sensor is installed in one of the final elements of the vibration transducer to compensate for the transducer characteristics from changes in the medium pressure.

Claims

Vibration measuring transducer, consisting of two measuring tubes located parallel to each other, fastened together by nodal elements and connected to the end elements, a controller, a driver and one or two sensors, a protective casing, characterized in that in the end element through an adapter containing a dividing diaphragm and filled with oil, a pressure sensor is installed.