RU2145060C1 - Device for determination of mass flow rate of fluid media - Google Patents
Device for determination of mass flow rate of fluid media Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145060C1 RU2145060C1 RU97122228A RU97122228A RU2145060C1 RU 2145060 C1 RU2145060 C1 RU 2145060C1 RU 97122228 A RU97122228 A RU 97122228A RU 97122228 A RU97122228 A RU 97122228A RU 2145060 C1 RU2145060 C1 RU 2145060C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse
- frequency
- counter
- flow
- flow rate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области средств измерения расходов и количества текучих сред и может применяться для определения количества нефти, газа, воды и других жидкостей, проходящих по трубопроводу. The invention relates to the field of measuring flow rates and the number of fluids and can be used to determine the amount of oil, gas, water and other liquids passing through the pipeline.
Известны устройства для определения расхода воздуха, содержащие установленные в измерительном трубопроводе тела обтекания постоянного сечения, соединенные через диск силопередающего элемента с датчиком усилия, при этом каждое тело обтекания установлено на рычаге, а ось рычага пересекает ось измерительного канала [1]. Known devices for determining air flow, containing installed in the measuring pipe body of the flow around a constant section, connected through the disk of the power-transmitting element with a force sensor, with each body flow around the lever, and the axis of the lever intersects the axis of the measuring channel [1].
Недостатком устройства является сложная механическая система передачи и необходимость осреднения усилия для получения среднемассового импульса. Наличие осей у рычагов крепления тел обтекания приводит к появлению сил трения, снижающих работы устройства. The disadvantage of this device is a complex mechanical transmission system and the need for averaging efforts to obtain a mass-average pulse. The presence of axes at the levers of fastening of the flow around the bodies leads to the appearance of friction forces that reduce the operation of the device.
Также известен расходомер для жидкостей и газов [2], содержащий корпус с крыловидным чувствительным элементом, установленным на поворотном валу, проходящем через его утолщенную часть, и преобразователь, причем поворотный вал размещен во внутренних расточках корпуса, а чувствительный элемент расположен вдоль горизонтальной оси корпуса и жестко связан в точке максимального удаления от поворотного вала с торцами двух коаксиально расположенных трубок, кроме того, внутренняя трубка соединена с преобразователем, а внешняя через сильфон - с внутренней поверхностью корпуса. Also known is a flowmeter for liquids and gases [2], comprising a housing with a wing-shaped sensing element mounted on a rotary shaft passing through its thickened part, and a transducer, the rotary shaft being located in the inner bores of the housing, and the sensitive element is located along the horizontal axis of the housing and is rigidly connected at the point of maximum distance from the rotary shaft with the ends of two coaxially located tubes, in addition, the inner tube is connected to the transducer, and the outer tube is connected to morning surface of the housing.
Недостатком данного расходомера при применении в различных трубопроводах (нефтепроводах, газопроводах, бытовых газовых приборах, счетчиках расхода воды и т.д.) является наличие весовых паразитных нагрузок, воздействующих на датчик силы и снижающих надежность и точность измерения. The disadvantage of this flow meter when used in various pipelines (oil pipelines, gas pipelines, household gas appliances, water flow meters, etc.) is the presence of parasitic weight loads that affect the force sensor and reduce the reliability and accuracy of the measurement.
Задача изобретения - упростить конструкцию, повысить надежность и точность измерения. The objective of the invention is to simplify the design, increase the reliability and accuracy of the measurement.
Поставленная задача может быть решена за счет того, что в устройстве для определения массового расхода текучих сред содержится установленное в измерительном трубопроводе тело обтекания, соединенное через силопередающий элемент с датчиком усилия, и регистрирующее устройство с подпружиненным силопередающим элементом, а датчик усилий, имеющий частотный выходной сигнал, соединен последовательно с делителем частоты, схемой разделения совпадающих импульсов и счетчиком импульсов, которые поступают на счетчик от блока фазовой автоподстройки частоты импульсов заданной длительности, поступающих в упомянутый блок от формирователя указанных импульсов, регистром и регистрирующим устройством. The problem can be solved due to the fact that the device for determining the mass flow rate of fluids contains a flow body installed in the measuring pipe, connected through a power transmitting element to a force sensor, and a recording device with a spring loaded power transmitting element, and a force sensor having a frequency output signal connected in series with a frequency divider, a circuit for separating coincident pulses and a counter of pulses that arrive at the counter from the phase-locked loop ki of the frequency of pulses of a given duration, arriving at said block from the shaper of said pulses, by a register and a recording device.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена полуконструктивная схема устройства массового расхода текучих сред; на фиг. 2 - схема блока фазовой автоподстройки частоты. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a semi-structural diagram of a device for mass flow of fluid; in FIG. 2 is a block diagram of a phase locked loop.
Устройство состоит из корпуса 1, с помощью фланца соединяемого с трубопроводом, тела обтекания 2 силопередающей штанги 3, резьбового фланца 4, гайки 5, пружины 6, кварцевого генератора (датчика усилия) 7, делителя частоты (ДЧ) 8, формирователя коротких импульсов (ФКИ) 9, блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)10, схемы разделения совпадающих импульсов (СРСИ)11, счетчика импульсов (СИ)12, регистра 13, регистрирующего устройства 14. Блок фазовой автоподстройки частоты 10 состоит из импульсного частотно-фазового дискриминанта (ИЧФД) 15, корректирующего устройства (КУ) 16, генератора импульсов, управляемого напряжением (ГУН) 17, делителя частоты (ДЧ) 18. The device consists of a housing 1, by means of a flange connected to the pipeline, a body of flow around 2 power transmitting rod 3, a threaded flange 4, a nut 5, a spring 6, a quartz oscillator (force sensor) 7, a frequency divider (DC) 8, a short pulse shaper (FCI ) 9, phase locked loop (PLL) 10, matching pulse separation circuit (SRSI) 11, pulse counter (SI) 12, register 13, recording device 14. The phase locked loop 10 consists of a pulse frequency-phase discriminant (ICFD) 15 corrective for construction (KU) 16, a voltage-controlled pulse generator (VCO) 17, a frequency divider (PM) 18.
Массовый расход текучей среды постоянной плотности (например, в бытовых приборах) определяется площадью живого сечения, плотностью движущейся среды и ее скоростью. Так как площадь сечения трубопровода и плотность текучей среды есть величины постоянные, то их влияние можно учесть в виде постоянного коэффициента. Величина усилия, с которым движущаяся среда воздействует на тело обтекания, определяется произведением постоянных величин на скорость перемещения текучей среды. Следовательно, если измерить усилие с которым движущаяся среда давит на тело обтекания, то можно найти массовый расход текучей среды через данное сечение. Суммирование массового расхода по времени позволяет определить количество массы текучей среды, прошедшей через счетчик. The mass flow rate of a fluid of constant density (for example, in household appliances) is determined by the area of the living section, the density of the moving medium and its speed. Since the cross-sectional area of the pipeline and the density of the fluid are constant, their influence can be taken into account in the form of a constant coefficient. The magnitude of the force with which a moving medium acts on the body of the flow is determined by the product of constant values on the speed of movement of the fluid. Therefore, if you measure the force with which a moving medium presses on the body of the flow around, then you can find the mass flow rate of the fluid through this section. The summation of the mass flow rate over time allows you to determine the amount of mass of fluid passing through the counter.
Работа осуществляется следующим образом: в поток текучей среды устанавливается тело обтекания, которое воспринимает усилие от движущегося потока. Это усилие через силопередающую штангу 3 воспринимается кварцевым генератором (датчиком усилия) 7, преобразуется в частотный сигнал, поступает в преобразователь и фиксируется регистрирующим устройством. The work is carried out as follows: a flow body is installed in the fluid stream, which receives the force from the moving stream. This force through the power transmitting rod 3 is perceived by a quartz oscillator (force sensor) 7, converted into a frequency signal, fed to the converter and recorded by the recording device.
Поток текучей среды, идущей по трубопроводу, поступает в корпус 1 и набегает на тело обтекания 2. В результате этого взаимодействия на тело обтекания будет действовать аэродинамическая сила. Аэродинамическая сила будет направлена вдоль силопередающей штанги 3 и действовать на кварцевый генератор (датчик усилия) 7, частотные характеристики которого пропорциональны аэродинамической силе N. Сила N пропорциональна массовому расходу текучей среды через трубопровод. Чтобы избежать воздействия на кварцевый генератор (датчик усилия) 7 паразитной силы от массы тела обтекания 2 и штанги 3, установлен упругий элемент 6, воспринимающий только паразитную силу. Это достигается вращением гайки 5 по резьбе фланца 4. The flow of fluid flowing through the pipeline enters the housing 1 and runs onto the body of the flow around 2. As a result of this interaction, an aerodynamic force will act on the body of the flow. The aerodynamic force will be directed along the transmitting rod 3 and act on the quartz generator (force sensor) 7, the frequency characteristics of which are proportional to the aerodynamic force N. Force N is proportional to the mass flow rate of the fluid through the pipeline. To avoid exposure to the quartz generator (force sensor) 7 of the parasitic force from the mass of the body flowing around 2 and the rod 3, an elastic element 6 is installed, perceiving only parasitic force. This is achieved by rotating the nut 5 along the thread of the flange 4.
Частотные характеристики кварцевого генератора (датчика усилия) 7 с помощью преобразователя фиксируются регистрирующим устройством 14. The frequency characteristics of the crystal oscillator (force sensor) 7 using the Converter is recorded by the recording device 14.
Работа преобразователя заключается в следующем (фиг. 1). Формирователь коротких импульсов 9 формирует прямоугольные импульсы f' = f требуемой длительности, поступающие в блок фазовой автоподстройки частоты 10. В результате использования делителя частот с коэффициентом деления n в цепи обратной связи блока 10 происходит умножение входной частоты в n раз, причем за счет астатизма в контуре блока 10 погрешность преобразования частот равна нулю. Счетчик импульсов осуществляет подсчет выходных импульсов блока 10 за время To, формируемое с помощью последовательно соединенных кварцевого генератора (датчика усилий) 7 и делителя частоты 8 с коэффициентом деления m. В момент прихода импульса f'o = 1/To информация в виде кода со счетчика импульсов 12 переписывается в регистр 13, а содержимое счетчика импульсов 12 обнуляется. Для исключения сбоев счетчика в случае одновременного прихода импульсов n•f' и fo(fo - выходной сигнал делителя частоты (8)) необходимо использовать схему разделения совпадающих импульсов 11 [3]. В этом случае позднее пришедший импульс сдвигается на требуемый временной интервал, что обеспечивает высокую надежность счетчика импульсов 12. Выходной код Nc регистра поступает на регистрирующее устройство 14, которое может быть выполнено в виде последовательного соединения дешифратора и цифрового индикатора.The operation of the Converter is as follows (Fig. 1). The short pulse shaper 9 generates rectangular pulses f '= f of the required duration, which enter the phase locked loop of frequency 10. As a result of using a frequency divider with a division coefficient n in the feedback circuit of block 10, the input frequency is multiplied by n times, and due to astatism the circuit of block 10, the error in frequency conversion is zero. The pulse counter calculates the output pulses of block 10 for a time T o generated using a series-connected quartz oscillator (force sensor) 7 and a frequency divider 8 with a division ratio m. At the moment of arrival of the pulse f ' o = 1 / T o the information in the form of a code from the pulse counter 12 is written to the register 13, and the contents of the pulse counter 12 is reset. To eliminate counter failures in the case of simultaneous arrival of pulses n • f 'and f o (f o is the output signal of the frequency divider (8)), it is necessary to use the separation scheme of coincident pulses 11 [3]. In this case, the later incoming pulse is shifted by the required time interval, which ensures high reliability of the pulse counter 12. The output code N c of the register is supplied to the recording device 14, which can be made in the form of a serial connection of a decoder and a digital indicator.
Блок фазовой автоподстройки частоты 10 (ФАПЧ) может быть выполнен в соответствии с фиг. 2, где 15 - импульсный частотно-фазовый дискриминатор (ИЧФД), 16 - корректирующее устройство (КУ), 17 - генератор импульсов, управляемый напряжением (ГУН), 18 - делитель частоты (ДЧ) на n. A phase locked loop 10 (PLL) may be implemented in accordance with FIG. 2, where 15 is the pulse frequency-phase discriminator (ICFD), 16 is the correction device (KU), 17 is the voltage-controlled pulse generator (VCO), 18 is the frequency divider (DF) by n.
ИЧДФ осуществляет сравнение частот (в области частотных рассогласований) или фаз (в области равенства частот) входящих последовательностей импульсов, f' и fос (fос- выходной сигнал делителя частоты (18)), формируя на выходе последовательность импульсов, частота следования которых равна f', а длительность пропорциональна величине фазового рассогласования частот f' и fос. КУ выделяет из выходного сигнала ИЧФД составляющую, пропорциональную фазовому рассогласованию Δφ частот f' и fос, и обеспечивает устойчивое регулирование контура ФАПЧ. ГУН обеспечивает формирование выходной частоты контура ФАПЧ, пропорциональной величине напряжения Uку на выходе корректирующего устройства 2, причем требуемый коэффициент преобразования ФАПЧ обеспечивается коэффициентом деления n делителя частоты 4 в цепи обратной связи ФАПЧ. В установившемся режиме работы ФАПЧ f' = fос и значение частот на выходе устройств равно n•fос= n•f'.ICDF compares the frequencies (in the region of frequency mismatches) or phases (in the region of equality of frequencies) of the incoming pulse sequences, f 'and f о (f о - the output signal of the frequency divider (18)), forming at the output a sequence of pulses with a pulse repetition rate f ', and the duration is proportional to the magnitude of the phase mismatch of frequencies f' and f OS . KU selects from the output signal of the ICPD a component proportional to the phase mismatch Δφ of the frequencies f 'and f os , and provides stable regulation of the PLL. VCO provides the formation of the output frequency of the PLL, proportional to the voltage U ku at the output of the correction device 2, and the required PLL conversion factor is provided by the division coefficient n of the frequency divider 4 in the PLL feedback loop. In the steady-state PLL operation mode, f '= f os and the frequency value at the output of the devices is n • f os = n • f'.
Аэродинамическая сила, действующая на тело обтекания (пластину или крыловой профиль), пропорциональна скоростному напору, площади поверхности тела обтекания и углу атаки. Аэродинамическая сила N определяется по формуле
N = 2παFρV2∞(H), (1)
где α - угол атаки;
F - площадь поверхности пластины или крылового профиля;
ρ - плотность жидкости или газа;
Voo - скорость набегающего потока жидкости или газа.The aerodynamic force acting on the body around the flow (plate or wing profile) is proportional to the velocity head, the surface area of the body around the flow and the angle of attack. The aerodynamic force N is determined by the formula
N = 2παFρV 2 ∞ (H), (1)
where α is the angle of attack;
F is the surface area of the plate or wing profile;
ρ is the density of the liquid or gas;
V oo is the velocity of the free flow of liquid or gas.
В уравнении (1) величины α, F и ρ, будут постоянными для конкретного типа жидкости и конструкции счетчика. In equation (1), the values of α, F, and ρ will be constant for a particular type of fluid and meter design.
Массовый расход воздуха, жидкости или газа пропорционален плотности рабочей жидкости, площади живого сечения и скорости движения жидкости, т.е. The mass flow rate of air, liquid or gas is proportional to the density of the working fluid, the living cross-sectional area and the fluid velocity, i.e.
G = ρSV∞, (2)
где S - площадь живого сечения потока жидкости или газа.G = ρSV∞, (2)
where S is the living area of a liquid or gas stream.
С учетом уравнения (2) формулу (1) можно представить в виде
N=C1G2, (3)
где 
Из уравнения (3) находится расход жидкости через трубопровод в функции аэродинамической силы, воздействующей на тело обтекания
где 
Характер функции G=f(N) таков, что изменение аргумента N на 1% приводит к изменению функции на 0,1 - 0,3, а это позволяет по формуле (4) определить количество прошедшей через счетчик жидкости G по величине усилия N в 3 раза точнее, чем сама величина усилия N.In view of equation (2), formula (1) can be represented as
N = C 1 G 2 , (3)
Where
From equation (3), the fluid flow through the pipeline is found as a function of the aerodynamic force acting on the flow body
Where
The nature of the function G = f (N) is such that a change in the argument N by 1% leads to a change in the function by 0.1 - 0.3, and this allows using formula (4) to determine the amount of fluid G passing through the meter by the magnitude of the force N in 3 times more accurate than the magnitude of the force N.
Масса жидкости, прошедшей через счетчик, определяется суммированием по времени расходов, т.е. The mass of fluid passing through the meter is determined by summing the time flow, i.e.
M=Gt, (5)
где t - время.M = Gt, (5)
where t is time.
Технико-экономический эффект состоит в том, что с помощью данного изобретения достигается отсутствие подвижных и колеблющихся частей, что приводит к повышению надежности и ресурса устройства в целом. The technical and economic effect consists in the fact that with the help of this invention the absence of moving and oscillating parts is achieved, which leads to an increase in the reliability and resource of the device as a whole.
Технико-экономический эффект составляет пятьдесят тысяч на одно устройство. The technical and economic effect is fifty thousand per device.
Источники информации, принятые во внимание
1. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. -Л.: Машиностроение. 1989.Sources of information taken into account
1. Kremlin P. P. Flow meters and quantity counters. -L .: Mechanical engineering. 1989.
2. Расходомер для жидкостей и газов SU 1645828 Al., G 01 F 1/20. 2. Flowmeter for liquids and gases SU 1645828 Al., G 01 F 1/20.
3. АС 1492459, МКИ 4 H 03 К 45/153 "Устройство для разделения двух последовательностей импульсов" А.В.Бубнов, В.Н.Зажирко и др., опубл. 07.07.89. Бюл. N 25. 3. AC 1492459, MKI 4 H 03 K 45/153 "Device for separating two sequences of pulses" A. Bubnov, V. N. Zazhirko and others, publ. 07/07/89. Bull. N 25.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97122228A RU2145060C1 (en) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Device for determination of mass flow rate of fluid media |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97122228A RU2145060C1 (en) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Device for determination of mass flow rate of fluid media |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97122228A RU97122228A (en) | 1999-09-27 |
| RU2145060C1 true RU2145060C1 (en) | 2000-01-27 |
Family
ID=20200855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97122228A RU2145060C1 (en) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Device for determination of mass flow rate of fluid media |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2145060C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488781C1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-07-27 | Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" | Device for determining mass flow rate of fluid media |
| RU2569951C2 (en) * | 2014-10-07 | 2015-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СПИНТЕК" | Flow meter |
-
1997
- 1997-12-23 RU RU97122228A patent/RU2145060C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488781C1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-07-27 | Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" | Device for determining mass flow rate of fluid media |
| RU2569951C2 (en) * | 2014-10-07 | 2015-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СПИНТЕК" | Flow meter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4420983A (en) | Mass flow measurement device | |
| CA3011242C (en) | Multi-phase coriolis measurement device and method | |
| US8700344B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
| US7908097B2 (en) | Methods and meter electronics for rapidly detecting a non-uniformity of a material flowing through a coriolis flowmeter | |
| US9395236B2 (en) | Vibratory meter and method for determining resonant frequency | |
| US8676518B2 (en) | Signal processing method, signal processing apparatus, and Coriolis flowmeter | |
| US4391149A (en) | Doppler-type ultrasonic flowmeter | |
| JP2575203B2 (en) | Mass flow meter with improved accuracy by compensating for asymmetry and viscous damping | |
| US8725432B2 (en) | Signal processing method, signal processing apparatus, and Coriolis flowmeter | |
| KR101232025B1 (en) | Signal processing method, signal processing device, and coriolis flowmeter | |
| CA2626245A1 (en) | Meter electronics and methods for determining a phase difference between a first sensor signal and a second sensor signal of a flow meter | |
| US20140116155A1 (en) | Digital flowmeter | |
| AU2005322423A1 (en) | High speed frequency and phase estimation for flow meters | |
| JP4904289B2 (en) | Ultrasonic flow sensor using modulo 2pi residue tracking | |
| US8700343B2 (en) | Signal processing method, signal processing apparatus, and Coriolis flowmeter | |
| US3420102A (en) | Acoustic fluid metering device | |
| US4616510A (en) | Fluid velocity measuring method and apparatus | |
| JPH047451B2 (en) | ||
| RU2145060C1 (en) | Device for determination of mass flow rate of fluid media | |
| US4026150A (en) | Mass flow meter | |
| RU2515129C1 (en) | Vortex flow meter | |
| RU2653776C1 (en) | Vortex acoustic flowmeter | |
| Chande et al. | Ultrasonic flow velocity sensor based on picosecond timing system | |
| RU2640122C1 (en) | Vortex acoustic flow transducer | |
| Brown | Dual path ultrasonic measurement of fluid flow |