RU224296U1 - VIBRATION FLOWMETER WITH TWO STRAIGHT HIGH PRESSURE MEASURING PIPES - Google Patents

VIBRATION FLOWMETER WITH TWO STRAIGHT HIGH PRESSURE MEASURING PIPES Download PDF

Info

Publication number
RU224296U1
RU224296U1 RU2024100164U RU2024100164U RU224296U1 RU 224296 U1 RU224296 U1 RU 224296U1 RU 2024100164 U RU2024100164 U RU 2024100164U RU 2024100164 U RU2024100164 U RU 2024100164U RU 224296 U1 RU224296 U1 RU 224296U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
flow meter
temperature
measuring tubes
vibration
Prior art date
Application number
RU2024100164U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Алексеевич Анкудинов
Original Assignee
Кожушков Павел Артемович
Filing date
Publication date
Application filed by Кожушков Павел Артемович filed Critical Кожушков Павел Артемович
Application granted granted Critical
Publication of RU224296U1 publication Critical patent/RU224296U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может использоваться в различных отраслях промышленности, в том числе в химической, пищевой и нефтегазовой для измерения массового расхода, плотности, давления и температуры измеряемой среды. Технический результат - повышение точности измерения вибрационного расходомера с двумя прямыми измерительными трубопроводами, работающего на эффекте Кориолиса, достигается за счёт того, что прямые измерительные трубки взаимно раскачиваются на резонансной частоте за счёт магнитной системы возбуждения, частота колебаний прямых измерительных трубок характеризует плотность измеряемой среды, а разница фаз сигналов магнитных датчиков скорости характеризует массовый расход, при этом вибрационный расходомер оснащен аналоговым датчиком избыточного давления, датчиками температуры измерительного трубопровода и датчиком температуры кожуха, что обеспечивает нужную точность замера всех требуемых параметров для расчёта расхода и возможность компенсации влияния температур и давления при измерении плотности и массового расхода измеряемой среды, одновременно с этим, наличие контроллера обеспечивает синхронную работу всех элементов устройства. Заявленная компоновка всех датчиков обеспечивает их максимально близкое расположение от точек замера, что способствует высокой скорости получении и передачи информации в контроллер и также влияет на достижение заявленного технического результата. 7 з.п. ф-лы, 4 ил. The utility model relates to measuring technology and can be used in various industries, including the chemical, food and oil and gas industries to measure mass flow, density, pressure and temperature of the medium being measured. The technical result is an increase in the measurement accuracy of a vibrating flow meter with two straight measuring pipelines, operating on the Coriolis effect, achieved due to the fact that the straight measuring tubes mutually oscillate at a resonant frequency due to the magnetic excitation system, the oscillation frequency of the straight measuring tubes characterizes the density of the measured medium, and the phase difference between the signals of magnetic speed sensors characterizes the mass flow, while the vibration flow meter is equipped with an analogue excess pressure sensor, temperature sensors of the measuring pipeline and a casing temperature sensor, which ensures the necessary accuracy of measurement of all required parameters for calculating flow and the ability to compensate for the influence of temperatures and pressure when measuring density and mass flow of the measured medium, at the same time, the presence of a controller ensures synchronous operation of all elements of the device. The declared layout of all sensors ensures their location as close as possible to the measurement points, which contributes to the high speed of receiving and transmitting information to the controller and also affects the achievement of the stated technical result. 7 salary f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может использоваться в различных отраслях промышленности, в том числе в химической, пищевой и нефтегазовой для измерения массового расхода, плотности, давления и температуры измеряемой среды [G01F 1/84, G01F 1/34, G01F 1/66, G01F 15/18, E21B 41/00].The utility model relates to measuring technology and can be used in various industries, including the chemical, food and oil and gas industries to measure mass flow, density, pressure and temperature of the measured medium [G01F 1/84, G01F 1/34, G01F 1/66 , G01F 15/18, E21B 41/00].

Из уровня техники известен Массовый расходомер, работающий по принципу кориолиса [US 4768384 (A) -1988-09-06], в котором проблема компенсации тепловых расширений решена установкой двух датчиков температуры: один из датчиков установлен на измерительный трубопровод, второй - на колебательную систему. Компенсация измеряемых параметров осуществляется вводом коэффициента K, который рассчитывается какA mass flow meter operating on the Coriolis principle [US 4768384 (A) -1988-09-06] is known from the prior art, in which the problem of compensating for thermal expansion is solved by installing two temperature sensors: one of the sensors is installed on the measuring pipeline, the second - on the oscillating system . Compensation of the measured parameters is carried out by entering the coefficient K, which is calculated as

. .

Недостатком данного способа является то, что он применим в ограниченном диапазоне температур на условно гладком участке температурной характеристики, на котором величина ошибки компенсации допустима. Кроме того, существует сложность в определении коэффициентов k0-k5. На практике сложно подобрать коэффициенты таким образом, чтобы общий поправочный коэффициент K обеспечивал допустимую ошибку измерений при всех возможных температурах измерительного трубопровода и кожуха.The disadvantage of this method is that it is applicable in a limited temperature range on a relatively smooth section of the temperature characteristic, in which the magnitude of the compensation error is acceptable. In addition, there is difficulty in determining the coefficients k 0 -k 5 . In practice, it is difficult to select coefficients in such a way that the overall correction factor K provides an acceptable measurement error at all possible temperatures of the measuring pipeline and casing.

Также из уровня техники известен Расходомер с диафрагменной пластиной мостового типа [CN 219455181 (U) - 2023-08-01], относящийся к области техники расходомеров с диафрагмой мостового типа и раскрывает расходомер с диафрагмой мостового типа, который содержит корпус расходомера с диафрагмой мостового типа, нижняя часть корпуса расходомера с диафрагмой мостового типа соединена с измерительным трубопроводом, причем левая и правая стороны измерительного трубопровода соединены с проточными трубопроводами через фланцы. Наружное кольцо жестко соединено с внутренней стенкой проточного трубопровода, множество вибронаправляющих пружин жестко соединены с внутренней стенкой наружного кольца, соединительные пластины жестко соединены с концами, удаленными от наружного кольца, вибронаправляющие пружины и демпфирующие амортизаторы жестко соединены с удаленными от вибронаправляющих пружин концами соединительных пластин; концы, удаленные от соединительных пластин, демпфирующих амортизаторов жестко соединены с внутренними кольцами, верхняя и нижняя стороны внутренней стенки измерительного трубопровода жестко соединены каждый с двумя крепежными пластинами, а боковые - сзади друг к другу, каждая из двух фиксирующих пластин с правой стороны и из двух фиксирующих пластин с левой стороны жестко соединена с помощью буферной пружины. Расходомер с диафрагмой мостового типа полностью обеспечивает эффективное поглощение ударов. Недостатком данного аналога является низкая техническая надежность, сложность конструкции и низкая точность измерений.Also known from the prior art is a Bridge-Type Diaphragm Plate Flowmeter [CN 219455181 (U) - 2023-08-01], which relates to the bridge-type diaphragm flowmeter technology and discloses a bridge-type diaphragm flowmeter that includes a bridge-type diaphragm flowmeter body , the lower part of the bridge type diaphragm flowmeter body is connected to the measuring pipeline, and the left and right sides of the measuring pipeline are connected to the flow pipelines through flanges. The outer ring is rigidly connected to the inner wall of the flow pipeline, a plurality of vibration guide springs are rigidly connected to the inner wall of the outer ring, connecting plates are rigidly connected to the ends remote from the outer ring, vibration guide springs and damping shock absorbers are rigidly connected to the ends of the connecting plates remote from the vibration guide springs; the ends remote from the connecting plates of the damping shock absorbers are rigidly connected to the inner rings, the upper and lower sides of the inner wall of the measuring pipeline are each rigidly connected to two fastening plates, and the side ones are behind each other, each of the two fixing plates on the right side and of the two The fixing plates on the left side are rigidly connected using a buffer spring. The bridge type diaphragm flow meter provides full effective shock absorption. The disadvantage of this analogue is low technical reliability, design complexity and low measurement accuracy.

Наиболее близким по технической сущности является Компенсация тепловых напряжений в вибрационном расходометре из изогнутой трубки [RU 2013115749 (A) - 2014-10-20], которая предусматривает оснащение вибрационного расходомера одним или множеством резистивных датчиков температуры кожуха Tcase и датчиком трубопровода Ttube. И предполагается «линейное соотношение между разностью температур и ошибкой квадрата периода трубопровода», которое можно определить «константой пропорциональности (К) с помощью тепловой калибровки». Кроме того, предусматривается температурная компенсация модуля расходомерного трубопровода. Таким образом, уравнение компенсации может содержатьThe closest in technical essence is Compensation of thermal stresses in a vibrating flowmeter made of a curved tube [RU 2013115749 (A) - 2014-10-20], which involves equipping the vibrating flowmeter with one or many resistive casing temperature sensors Tcase and a pipeline sensor T tube . And it assumes “a linear relationship between the temperature difference and the error of the squared period of the pipeline,” which can be determined by “a constant of proportionality (K) using thermal calibration.” In addition, temperature compensation of the flow metering pipeline module is provided. Thus, the compensation equation may contain

. .

Первый компенсационный член K1*Ttube соответствует компенсации модуля упругости расходомерного трубопровода, или трубопроводов. Второй компенсационный член K2*(Ttube-Tcase) соответствует компенсации тепловых напряжений. Недостатком этого способа является линейная функция компенсации изменения модуля упругости измерительного трубопровода. Зависимость модуля упругости от температуры для различных материалов не является линейной. В случае применения в вибрационном расходомере различных материалов измерительного трубопровода и кожуха температурная характеристика может быть сложной и непредсказуемой. Также не учтено и нелинейное изменение объема измерительного трубопровода от температуры. С изменением объема измерительного трубопровода увеличивается масса измеряемой среды, которая приводит к изменению частоты колебаний и поэтому требует компенсации.The first compensation term K1*Ttube corresponds to the compensation of the elastic modulus of the flow meter pipe or pipes. The second compensation term K2*(T tube -T case ) corresponds to compensation of thermal stresses. The disadvantage of this method is the linear compensation function for changes in the elastic modulus of the measuring pipeline. The dependence of the elastic modulus on temperature for various materials is not linear. When a vibrating flowmeter uses different piping and casing materials, the temperature response can be complex and unpredictable. The nonlinear change in the volume of the measuring pipeline depending on temperature is also not taken into account. As the volume of the measuring pipeline changes, the mass of the measured medium increases, which leads to a change in the oscillation frequency and therefore requires compensation.

Задачей данной полезной модели является устранение недостатков аналогов и прототипов.The purpose of this utility model is to eliminate the shortcomings of analogues and prototypes.

Технический результат заключается в повышении точности измерений вибрационным расходомером.The technical result consists in increasing the accuracy of measurements with a vibration flow meter.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что вибрационный расходомер, содержащий две измерительные трубки, размещенные в кожухе, закрепленные друг относительно друга с каждой стороны, два делителя потока размещены на концах измерительных трубок, к измерительным трубкам смонтированы два магнитных датчика скорости, расположенные на равном удалении от центра измерительных труб и магнитная система возбуждения колебаний, расположенная в центре измерительных труб, первый датчик температуры смонтирован к кожуху расходомера, с возможностью измерять его температуру, второй датчик смонтирован в измерительную трубку, с возможностью измерять ее температуру, датчик избыточного давления монтируется в трубопровод последовательно вибрационному расходомеру, датчик избыточного давления, магнитные датчики скорости, магнитная система возбуждения колебаний и датчики температуры соединены с контроллером, выполненным с возможностью осуществлять компенсацию влияния температур и давления при измерении плотности и массового расхода измеряемой среды.The claimed technical result is achieved due to the fact that a vibrating flow meter contains two measuring tubes placed in a casing, fixed relative to each other on each side, two flow dividers are located at the ends of the measuring tubes, two magnetic speed sensors are mounted to the measuring tubes, located at equal away from the center of the measuring pipes and a magnetic oscillation excitation system located in the center of the measuring pipes, the first temperature sensor is mounted to the flow meter casing, with the ability to measure its temperature, the second sensor is mounted in the measuring tube, with the ability to measure its temperature, the excess pressure sensor is mounted in the pipeline in series with the vibration flow meter, an excess pressure sensor, magnetic speed sensors, a magnetic oscillation excitation system and temperature sensors are connected to a controller configured to compensate for the influence of temperatures and pressure when measuring the density and mass flow of the measured medium.

В частности, измерительные трубки закреплены друг относительно друга при помощи концевых пластин.In particular, the measuring tubes are fixed relative to each other by means of end plates.

В частности, измерительные трубки выполнены прямыми.In particular, the measuring tubes are made straight.

В частности, магнитные датчики скорости смонтированы на измерительных трубках, на равном удалении от центра.In particular, magnetic speed sensors are mounted on measuring tubes at an equal distance from the center.

В частности, магнитная система расположена возбуждения смонтирована в центре измерительных трубок.In particular, the magnetic excitation system is mounted in the center of the measuring tubes.

В частности, первый датчик температуры смонтирован на кожух расходомера.In particular, the first temperature sensor is mounted on the flow meter housing.

В частности, датчик избыточного давления монтируется в трубопровод последовательно вибрационному расходомеру через адаптер и соединен с контроллером через кабель.In particular, the excess pressure sensor is mounted in the pipeline in series with the vibration flow meter through an adapter and connected to the controller via a cable.

В частности, датчики температуры выполнены цифровыми.In particular, temperature sensors are digital.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1. Продольный разрез вибрационного расходомераFig. 1. Longitudinal section of a vibrating flow meter

Фиг. 2. Вибрационный расходомер в сборе с датчиком избыточного давленияFig. 2. Vibration flow meter assembled with excess pressure sensor

Фиг. 3. Общий вид расходомераFig. 3. General view of the flow meter

Фиг. 4. Практическое использование расходомераFig. 4. Practical use of the flow meter

На фиг. 1, 2 показаны: 1 -кожух, 2 - прямая измерительная трубка, 3 - концевая пластина, 4 - делитель потока, 5 - магнитные датчики скорости, 6 - магнитная система возбуждения колебаний, 7 - первый цифровой датчик температуры, 8 - второй цифровой датчик температуры, 9 - аналоговый датчик избыточного давления, 10 - адаптер, 11 - контроллер, 12 - последовательный интерфейс RS485.In fig. 1, 2 show: 1 - casing, 2 - straight measuring tube, 3 - end plate, 4 - flow divider, 5 - magnetic speed sensors, 6 - magnetic oscillation excitation system, 7 - first digital temperature sensor, 8 - second digital sensor temperature, 9 - analog gauge pressure sensor, 10 - adapter, 11 - controller, 12 - RS485 serial interface.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Вибрационный расходомер, содержащий кожух 1 (фиг.1), две прямые измерительные трубки 2, закрепленные парой концевых пластин 3 с каждой стороны, необходимые для отсекания колебаний трубопровода 2 от остальной части вибрационного расходомера и присоединяемого трубопровода, а так же для отсекания вибрации кожуха 1 и присоединяемого трубопровода от измерительных трубок 2. Два делителя потока 4 размещены на концах измерительных трубопроводов. На измерительных трубках 2 смонтированы магнитные датчики скорости 5, расположенные на равном удалении от центра, и магнитная система возбуждения колебаний 6, расположенная в центре на измерительных трубках 2. На правой измерительной трубке 2 по центру размещен первый цифровой датчик температуры 7, второй цифровой датчик температуры 8 на кожухе 1.A vibration flow meter containing a casing 1 (Fig. 1), two straight measuring tubes 2, secured by a pair of end plates 3 on each side, necessary to cut off the vibrations of the pipeline 2 from the rest of the vibration flow meter and the connected pipeline, as well as to cut off the vibration of the casing 1 and the connected pipeline from the measuring tubes 2. Two flow dividers 4 are located at the ends of the measuring pipelines. Magnetic speed sensors 5 are mounted on the measuring tubes 2, located at an equal distance from the center, and a magnetic oscillation excitation system 6, located in the center on the measuring tubes 2. On the right measuring tube 2, the first digital temperature sensor 7, the second digital temperature sensor are located in the center 8 on casing 1.

Аналоговый датчик избыточного давления 9 монтируется в трубопровод последовательно вибрационному расходомеру через адаптер 10. Аналоговый датчик избыточного давления 9 подключен к разъему X1 на приборном отсеке по интерфейсу 4-20мА и далее соединен с контролером 11, который размещается в приборном отсеке. Также магнитные датчики скорости 5, магнитная система возбуждения колебаний 6 и датчики температуры 7, 8 соединены с контроллером 11.The analog overpressure sensor 9 is mounted in the pipeline in series with the vibration flow meter through adapter 10. The analog overpressure sensor 9 is connected to connector X1 on the instrument compartment via a 4-20mA interface and is then connected to the controller 11, which is located in the instrument compartment. Also, magnetic speed sensors 5, magnetic oscillation excitation system 6 and temperature sensors 7, 8 are connected to controller 11.

Полезная модель используется следующим образомThe utility model is used as follows

При работе изделия контроллер 11 управляет частотой и амплитудой раскачки измерительных трубок 2 (фиг.1), регистрирует скорость колебания измерительных трубок 2 и вычисляет разницу фаз сигналов датчиков скорости 5, регистрирует температуру измерительных трубок, температуру кожуха и давление измеряемой среды, и производит компенсацию влияния температур и давления при измерении плотности и массового расхода измеряемой среды. Контроллер 11 оснащен последовательным интерфейсом RS485 12 (разъем X2) (фиг.2) для подключения к вибрационному расходомеру регистратора, компьютера, блока индикации, радиомодема или адаптера аналоговых сигналов 4-20 мА и 0-10 В.During operation of the product, controller 11 controls the frequency and amplitude of the swing of the measuring tubes 2 (Fig. 1), records the vibration speed of the measuring tubes 2 and calculates the phase difference of the signals of the speed sensors 5, records the temperature of the measuring tubes, the temperature of the casing and the pressure of the measured medium, and compensates for the influence temperatures and pressure when measuring the density and mass flow of the measured medium. Controller 11 is equipped with a serial interface RS485 12 (connector X2) (Fig. 2) for connecting to a vibration flow meter of a recorder, computer, display unit, radio modem or adapter of analog signals 4-20 mA and 0-10 V.

Принцип работы вибрационного расходомера основан на эффекте Кориолиса. The operating principle of a vibrating flow meter is based on the Coriolis effect.

Поток измеряемой жидкости рассекается делителем потока 4 (фиг.1) в две одинаковых измерительные трубки 2, а на выходе из трубок объединяется вторым делителем потока. Измерительные трубки 2 взаимно раскачиваются за счет магнитной системы возбуждения колебаний 6, расположенной в центре измерительных трубок 2. Частотой и амплитудой возбуждения колебаний управляет контроллер 11 (фиг.2). Два магнитных датчика скорости 5, расположенных на измерительных трубках 2, генерируют ЭДС. Полученный сигнал преобразуется контроллером 11 в амплитуду и фазу. Частота колебаний измерительных трубок 2 определяется алгоритмом фазовой автоподстройки частоты таким образом, чтобы разница фаз возбуждения и датчиков скорости оставалась постоянной. При этом разность фаз настраивается таким образом чтобы частота возбуждения совпадала с резонансной частотой колебания измерительных трубок. Частота колебаний измерительных трубок 2 характеризует плотность протекающей жидкости, вычисление и компенсация измеренной плотности производится в соответствие с описанной ниже методикой.The flow of the measured liquid is cut by a flow divider 4 (Fig. 1) into two identical measuring tubes 2, and at the outlet of the tubes it is combined by a second flow divider. The measuring tubes 2 swing mutually due to the magnetic vibration excitation system 6 located in the center of the measuring tubes 2. The frequency and amplitude of the vibration excitation is controlled by the controller 11 (Fig. 2). Two magnetic speed sensors 5 located on measuring tubes 2 generate an EMF. The received signal is converted by controller 11 into amplitude and phase. The oscillation frequency of the measuring tubes 2 is determined by the phase-locked loop algorithm so that the difference in the phases of the excitation and speed sensors remains constant. In this case, the phase difference is adjusted so that the excitation frequency coincides with the resonant frequency of vibration of the measuring tubes. The oscillation frequency of the measuring tubes 2 characterizes the density of the flowing liquid; the measured density is calculated and compensated in accordance with the methodology described below.

Поток измеряемой жидкости, протекая через измерительные трубки 2, создает кориолисову силу, которая, сопротивляясь колебаниям трубок, изменяет их фазу. Сдвиг фаз колебаний измерительных трубок 2, вызванный потоком протекающей жидкости прямо пропорционален массовому расходу. Разность фаз датчиков скорости 5 преобразуется контроллером 11 в массовый расход. Вычисление и компенсация измеренного массового расхода производится в соответствие с описанной ниже методикой.The flow of the measured liquid, flowing through the measuring tubes 2, creates a Coriolis force, which, resisting the vibrations of the tubes, changes their phase. The phase shift of the oscillations of the measuring tubes 2, caused by the flow of the flowing liquid, is directly proportional to the mass flow. The phase difference of the speed sensors 5 is converted by the controller 11 into mass flow. Calculation and compensation of the measured mass flow is carried out in accordance with the methodology described below.

В настоящей полезной модели вибрационного расходомера для совокупной температурной компенсации основных измеряемых параметров от температуры кожуха y и температуры измерительного трубопровода x применяется радиальная базисная функция (далее РБФ).In this useful model of a vibrating flow meter, a radial basis function (hereinafter referred to as RBF) is used for the overall temperature compensation of the main measured parameters from the casing temperature y and the measuring pipeline temperature x.

Для компенсации влияния температуры кожуха и температуры измерительного трубопровода при измерении плотности функция компенсации имеет вид:To compensate for the influence of the casing temperature and the temperature of the measuring pipeline when measuring density, the compensation function has the form:

, ,

, ,

где r i - расстояние от i-й опорной точки до текущей точки поверхности;where r i is the distance from the i-th reference point to the current surface point;

x - текущее значение температуры измерительного трубопровода Ttube; x - current value of the temperature of the measuring pipeline Tt ube ;

x i - значение температуры измерительного трубопровода Ttube опорной точки; x i is the temperature value of the measuring pipeline T tube of the reference point;

y - текущее значение температуры кожуха Tcase; y - current value of the casing temperature T case ;

y i - значение температуры кожуха Ttube опорной точки; y i is the temperature value of the casing Ttube of the reference point;

λi- коэффициент влияния РБФ i-й опорной точки на текущую точку поверхности.λ i is the coefficient of influence of the RBF of the i-th reference point on the current surface point.

Линейный полином:Linear polynomial:

a 0 - смещение; a 0 - offset;

a 1 - коэффициент - угол наклона поверхности вокруг оси X; a 1 - coefficient - the angle of inclination of the surface around the X axis;

a 2 - коэффициент - угол наклона поверхности вокруг оси Y; a 2 - coefficient - the angle of inclination of the surface around the Y axis;

φ(ri) - РБФ i-й опорной точки, могут быть использованы различные РБФ, в настоящем вибрационном расходомере применяется тонкий сплайн пластины φ (r i ) - RBF of the i-th reference point, various RBFs can be used, in this vibrating flow meter a thin spline plate is used

. .

Применение радиальной базисной функции позволяет использовать данные, полученные эмпирическим путем, температура трубопровода Ttube, температура кожуха Tcase в качестве опорных точек РБФ.The use of the radial basis function allows the use of empirically obtained data, pipeline temperature T tube , casing temperature T case as RBF reference points.

Производится некоторое количество измерений частоты измерительного трубопровода при различных температурах измерительного трубопровода Ttube и Tcase при постоянной среде и при нулевом избыточном давлении измеряемой среды, которой заполнен измерительный трубопровод. Все измерения производятся в диапазоне температур предполагаемой эксплуатации вибрационного расходомера, с максимальным охватом экстремальных температур рабочего диапазона.A number of measurements of the frequency of the measuring pipeline are carried out at different temperatures of the measuring pipeline Ttube and Tcase at a constant environment and at zero excess pressure of the measured medium with which the measuring pipeline is filled. All measurements are made within the temperature range of the intended operation of the vibrating flowmeter, with maximum coverage of the temperature extremes of the operating range.

Набор коэффициентов линейного сплайна a0 , a1 и a2 и коэффициентов влияния РБФ λi вычисляется через решение системы линейных уравненийA set of linear spline coefficients a 0 , a 1 and a 2 and RBF influence coefficients λ i is calculated by solving a system of linear equations

, ,

, ,

где x i - температура измерительного Ttube трубопровода в i-м измерении частоты;where x i is the temperature of the measuring T tube pipeline in the i-th frequency measurement;

y i - температура кожуха Tcase в i-м измерении частоты; y i is the temperature of the casing T case in the i-th frequency dimension;

ƒ i - измеренная частота. ƒ i - measured frequency.

Компенсация влияния температуры кожуха и температуры измерительного трубопровода при измерении плотностиCompensation for the influence of housing temperature and measuring line temperature when measuring density

, ,

где ƒ - измеренная частота;where ƒ is the measured frequency;

FCompDens - функция компенсации влияния температурных расширений вибрационного расходомера при вычислении плотности измеряемой среды;F CompDens - function to compensate for the influence of temperature expansion of a vibrating flow meter when calculating the density of the measured medium;

ρ' - компенсированная от температурных расширений плотность измеряемой среды (при нулевом избыточном давлении); ρ ' - density of the measured medium compensated for temperature expansion (at zero excess pressure);

FDensFreq - функция зависимости измеряемой плотности среды от отношения компенсированной частоты измерительного трубопровода к измеренной.F DensFreq is a function of the dependence of the measured density of the medium on the ratio of the compensated frequency of the measuring pipeline to the measured one.

Функция вычисления плотности FDensFreq(k) может быть реализована методом линейной интерполяции из экспериментальных данныхThe density calculation function F DensFreq( k ) can be implemented by linear interpolation from experimental data

, ,

где ρi, ρi-1 - набор экспериментальных данных измеренных плотностей среды;where ρ i , ρ i-1 is a set of experimental data of measured densities of the medium;

ki, ki-1 - набор коэффициентов вычисленных как отношение FCompDens(Ttube, Tcase) к измеренной частоте. ki, k i-1 - a set of coefficients calculated as the ratio of F CompDens (T tube , T case ) to the measured frequency.

Для применения функции линейной интерполяции набор экспериментальных данных коэффициентов ki и соответствующих им плотностей ρi должен быть отсортирован по убыванию по коэффициентам.To apply the linear interpolation function, the set of experimental data of the coefficients k i and the corresponding densities ρ i must be sorted in descending order by the coefficients.

Однако влияние температур в вибрационном расходомере оказывает не только на частоту измерительного трубопровода, но и на разницу фаз колебаний измерительного трубопровода. А разница измеренных фаз в вибрационном расходомере характеризует текущий массовый расход. Поэтому кроме компенсации влияния температуры при вычислении плотности необходимо так же компенсировать и измеренную разность фаз Pdiff при вычислении массового расхода. Для вычисления массового расхода следует учитывать, что при отсутствии потока измеряемой среды разность фаз Pdiff имеет не нулевое значение и его также необходимо компенсироватьHowever, the influence of temperatures in a vibrating flow meter not only affects the frequency of the measuring pipeline, but also the difference in the oscillation phases of the measuring pipeline. And the difference in the measured phases in a vibration flow meter characterizes the current mass flow. Therefore, in addition to compensating for the influence of temperature when calculating density, it is also necessary to compensate for the measured phase difference P diff when calculating mass flow. To calculate the mass flow rate, it should be taken into account that in the absence of a flow of the measured medium, the phase difference P diff has a non-zero value and must also be compensated

, ,

где Qm - массовый расход измеряемой среды;where Q m is the mass flow rate of the measured medium;

FPdiff - функция окончательного преобразования компенсированной разницы фаз в массовый расход;F Pdiff - function of the final conversion of the compensated phase difference into mass flow;

Pdiff - измеренная разность фаз;P diff - measured phase difference;

x - температура измерительного трубопровода Ttube; x - temperature of the measuring pipeline T tube;

y - температура кожуха вибрационного расходомера;y is the temperature of the vibration flow meter casing;

FcompDiff0 - функция компенсации влияния температур на сдвиг фаз при отсутствии расхода.F compDiff0 - function for compensating the influence of temperatures on phase shifts in the absence of flow.

FcompPdiff -функция компенсации влияния температур на сдвиг фаз.F compPdiff - compensation function for the influence of temperatures on the phase shift.

Функция компенсации влияния температур на сдвиг фаз FcompDiff0 и окончательная функция компенсации влияния температур на сдвиг фаз FcompPdiff основаны на радиальной базисной функции РБФ как и функция FcompDens The phase shift compensation function F compDiff0 and the final phase shift compensation function F compPdiff are based on the RBF radial basis function as is the function F compDens

, ,

, ,

, ,

, ,

где r i - расстояние от i-й опорной точки до текущей точки поверхности;where r i is the distance from the i-th reference point to the current surface point;

x - текущее значение температуры измерительного трубопровода Ttube; x - current value of the temperature of the measuring pipeline T tube;

x i - значение температуры измерительного трубопровода Ttube опорной точки; x i is the temperature value of the measuring pipeline T tube of the reference point;

y - текущее значение температуры кожуха Tcase; y - current value of the casing temperature T case;

y i - значение температуры кожуха Ttube опорной точки; y i - temperature value of the casing T tube of the reference point;

β ii - коэффициенты влияния РБФ i-й опорной точки на текущую точку поверхности. β ii - coefficients of influence of the RBF of the i-th reference point on the current surface point.

Линейные полиномы:Linear polynomials:

b 0, c 0 - смещение; b 0 , c 0 - offset;

b 1, c 1 - коэффициент - угол наклона поверхности вокруг оси X; b 1 , c 1 - coefficient - the angle of inclination of the surface around the X axis;

b 2, c 2 - коэффициент - угол наклона поверхности вокруг оси Y. b 2 , c 2 - coefficient - the angle of inclination of the surface around the Y axis.

Производится некоторое количество измерений сдвига фаз измерительного трубопровода при различных температурах измерительного трубопровода Ttube и Tcase при фактически отсутствующем расходе измеряемой среды Qm=0, которой заполнен измерительный трубопровод. Все измерения производятся в диапазоне температур предполагаемой эксплуатации вибрационного расходомера, с максимальным охватом экстремальных температур рабочего диапазона.A certain number of measurements of the phase shift of the measuring pipeline are carried out at different temperatures of the measuring pipeline T tube and T case with virtually no flow rate of the measured medium Q m =0, which fills the measuring pipeline. All measurements are made within the temperature range of the intended operation of the vibrating flowmeter, with maximum coverage of the temperature extremes of the operating range.

Набор коэффициентов линейного сплайна b0, b1 и b2 и коэффициентов влияния РБФ β i вычисляется через решение системы линейных уравнений:A set of linear spline coefficients b 0 , b 1 and b 2 and RBF influence coefficients β i is calculated by solving a system of linear equations:

, ,

, ,

, ,

где x i - температура измерительного Ttube трубопровода в i-м измерении частоты;where x i is the temperature of the measuring T tube pipeline in the i-th frequency measurement;

y i - температура кожуха Tcase в i-м измерении частоты; y i is the temperature of the casing T case in the i-th frequency dimension;

P diff_i - измеренная разница фаз. P diff_i - measured phase difference.

Компенсированная разница фаз PcompDiff0 Compensated phase difference P compDiff0

. .

После компенсации сдвига фаз при отсутствии расхода производится некоторое количество измерений сдвига фаз измерительного трубопровода при различных температурах измерительного трубопровода Ttube и Tcase при постоянно расходе измеряемой среды Qm = QmConst, которой заполнен измерительный трубопровод. Все измерения производятся в диапазоне температур предполагаемой эксплуатации вибрационного расходомера, с максимальным охватом экстремальных температур рабочего диапазона. Для каждого измерения вычисляется коэффициент Kflow:After compensation of the phase shift in the absence of flow, a number of measurements of the phase shift of the measuring pipeline are made at different temperatures of the measuring pipeline T tube and T case at a constant flow rate of the measured medium Q m = Q mConst , which fills the measuring pipeline. All measurements are made within the temperature range of the intended operation of the vibrating flowmeter, with maximum coverage of the temperature extremes of the operating range. For each measurement, the coefficient K flow is calculated:

. .

Набор коэффициентов линейного сплайна c0, c1 и c2 и коэффициентов влияния РБФ β i вычисляется через решение системы линейных уравненийA set of linear spline coefficients c 0 , c 1 and c 2 and RBF influence coefficients β i is calculated by solving a system of linear equations

. .

Функция окончательного преобразования компенсированной разницы фаз в массовый расход FPdiff может быть реализована методом линейной интерполяции из экспериментальных данныхThe final conversion function of the compensated phase difference into mass flow F Pdiff can be implemented by linear interpolation from experimental data

, ,

где Qmi, Qmi-1 - набор экспериментальных данных измеренных массовых расходов среды;where Q mi , Q mi-1 is a set of experimental data of measured mass flow rates of the medium;

PcompDiff_i, PcompDiff_i-1 - набор компенсированных разниц фаз соответствующих массовому расходу Qmi, Qmi-1.P compDiff_i , P compDiff_i-1 - a set of compensated phase differences corresponding to the mass flow Q mi , Q mi-1 .

Для применения функции линейной интерполяции набор экспериментальных данных должен быть отсортирован по убыванию по компенсированной разнице фаз PcompDiff_i.To apply the linear interpolation function, the experimental data set must be sorted in descending order by the compensated phase difference P compDiff_i .

Функция компенсации влияния температуры на измерение основных измеряемых параметров, применяемая в настоящей полезной модели позволяет использовать данные, полученные эмпирическим путем. Весовые коэффициенты радиальной базисной функции опорных точек определяются через решение системы уравнений. При этом все опорные точки функции точно повторяют ранее измеренные экспериментальные данные: частоту измерительного трубопровода для компенсации плотности, разницу фаз измерительного трубопровода при отсутствии потока измеряемой среды и вычисляемый для компенсации массового расхода коэффициент . Преимуществом настоящего способа компенсации являетсяThe function of compensation for the influence of temperature on the measurement of the main measured parameters used in this utility model allows the use of data obtained empirically. The weighting coefficients of the radial basis function of the reference points are determined by solving a system of equations. In this case, all reference points of the function exactly repeat the previously measured experimental data: the frequency of the measuring pipeline to compensate for density, phase difference of the measuring pipeline in the absence of flow of the measured medium and the coefficient calculated to compensate for mass flow . The advantage of this compensation method is

точное повторений функцией всех опорных точек, полученных экспериментальным путем;exact repetitions of the function of all reference points obtained experimentally;

гладкая характеристика функции;smooth characteristic of the function;

возможность настоящей функцией компенсации описать сложную характеристику;the ability of this compensation function to describe a complex characteristic;

Для компенсации влияния давления при измерении плотности в настоящей полезной модели вибрационного расходомера применяется функция :To compensate for the influence of pressure when measuring density, this useful model of a vibrating flow meter uses the function :

, ,

где P - давление измеряемой среды;where P is the pressure of the measured medium;

ρ' - плотность, компенсированная от влияния температур кожуха и измерительного трубопровода при нулевом избыточном давлении;ρ' - density compensated for the influence of temperatures of the casing and measuring pipeline at zero excess pressure;

- функция компенсации плотности от давления измеряемой среды. - function of compensation of density from the pressure of the measured medium.

Функция компенсации плотности от давления измеряемой среды может быть реализована методом линейной интерполяции из экспериментальных данных:Density compensation function based on the pressure of the measured medium can be implemented by linear interpolation from experimental data:

, ,

где ki, ki-1 - набор коэффициентов, полученных через отношениеwhere k i , k i-1 is a set of coefficients obtained through the relation

, ,

где ρi - фактическая плотность измеряемой среды;where ρ i is the actual density of the measured medium;

ρ'i - измеренная при избыточном давлении и компенсированная от влияния температур плотность;ρ' i - density measured at excess pressure and compensated for the influence of temperatures;

Pi, Pi-1 - набор экспериментальных данных о давлении в i-м измерении плотности ρ'i.P i , P i-1 - a set of experimental data on pressure in the i-th dimension of density ρ' i .

Для применения функции линейной интерполяции набор экспериментальных данных должен быть отсортирован по убыванию по давлению измеряемой среды.To apply the linear interpolation function, the experimental data set must be sorted in descending order by the pressure of the measured medium.

Технический результат - повышение точности измерения вибрационного расходомера, с двумя прямыми измерительными трубопроводами, работающего на эффекте Кориолиса достигается за счёт того, что прямые измерительные трубки 2 взаимно раскачиваются на резонансной частоте за счет магнитной системы возбуждения 6, частота колебаний прямых измерительных трубок 2 характеризует плотность измеряемой среды, а разница фаз сигналов магнитных датчиков скорости 5 характеризует массовый расход. При этом вибрационный расходомер оснащен аналоговым датчиком избыточного давления 9, датчиками температуры измерительного трубопровода 7 и датчиком температуры кожуха 8, что обеспечивает нужную точность замера всех требуемых параметров для расчета расхода и возможность компенсации влияния температур и давления при измерении плотности и массового расхода измеряемой среды. Одновременно с этим, наличие контролера 11 обеспечивает синхронную работу всех элементов устройства. Заявленная компоновка всех датчиков обеспечивает их максимально близкое расположение от точек замера, что способствует высокой скорости получении и передачи информации в контролер 11 и также влияет на достижение заявленного технического результата.The technical result is an increase in the measurement accuracy of a vibration flow meter, with two straight measuring pipelines, operating on the Coriolis effect, achieved due to the fact that the straight measuring tubes 2 mutually oscillate at a resonant frequency due to the magnetic excitation system 6, the oscillation frequency of the straight measuring tubes 2 characterizes the density of the measured environment, and the phase difference between the signals from magnetic speed sensors 5 characterizes the mass flow. In this case, the vibration flow meter is equipped with an analogue excess pressure sensor 9, temperature sensors of the measuring pipeline 7 and a casing temperature sensor 8, which ensures the necessary accuracy of measurement of all the required parameters for calculating flow and the ability to compensate for the influence of temperatures and pressure when measuring the density and mass flow of the measured medium. At the same time, the presence of controller 11 ensures synchronous operation of all elements of the device. The declared layout of all sensors ensures their location as close as possible to the measurement points, which contributes to the high speed of receiving and transmitting information to the controller 11 and also affects the achievement of the stated technical result.

Пример реализацииImplementation example

Предлагаемое техническое решение было осуществлено в 2023 г. Созданная технологическая установка позволила повысить точность измерения расхода прокачиваемых через нее жидкостей на 20-30% по сравнению с известными из уровня техники решениями и упростить технологию проведения оценки объема прокачиваемых жидкостей (фиг. 4)The proposed technical solution was implemented in 2023. The created technological installation made it possible to increase the accuracy of measuring the flow rate of liquids pumped through it by 20-30% compared to solutions known from the prior art and to simplify the technology for estimating the volume of pumped liquids (Fig. 4)

Claims (8)

1. Вибрационный расходомер, содержащий две измерительные трубки, размещенные в кожухе, закрепленные относительно друг друга с каждой стороны, два делителя потока размещены на концах измерительных трубок, к измерительным трубкам смонтированы два магнитных датчика скорости, расположенные на равном удалении от центра измерительных труб, и магнитная система возбуждения колебаний, расположенная в центре измерительных труб, первый датчик температуры смонтирован к кожуху расходомера с возможностью измерять его температуру, второй датчик смонтирован в измерительную трубку с возможностью измерять ее температуру, датчик избыточного давления монтируется в трубопровод последовательно вибрационному расходомеру, датчик избыточного давления, магнитные датчики скорости, магнитная система возбуждения колебаний и датчики температуры соединены с контроллером, выполненным с возможностью осуществлять компенсацию влияния температур и давления при измерении плотности и массового расхода измеряемой среды.1. A vibration flow meter containing two measuring tubes placed in a casing, fixed relative to each other on each side, two flow dividers are located at the ends of the measuring tubes, two magnetic speed sensors are mounted to the measuring tubes, located at an equal distance from the center of the measuring tubes, and magnetic oscillation excitation system located in the center of the measuring tubes, the first temperature sensor is mounted to the flow meter casing with the ability to measure its temperature, the second sensor is mounted in the measuring tube with the ability to measure its temperature, the excess pressure sensor is mounted in the pipeline in series with the vibration flow meter, the excess pressure sensor, magnetic speed sensors, a magnetic oscillation excitation system and temperature sensors are connected to a controller configured to compensate for the influence of temperatures and pressure when measuring the density and mass flow of the medium being measured. 2. Вибрационный расходомер по п.1, характеризующийся тем, что измерительные трубки закреплены относительно друг друга при помощи концевых пластин.2. Vibrating flow meter according to claim 1, characterized in that the measuring tubes are fixed relative to each other using end plates. 3. Вибрационный расходомер по п.1, характеризующийся тем, что измерительные трубки выполнены прямыми.3. Vibrating flow meter according to claim 1, characterized in that the measuring tubes are straight. 4. Вибрационный расходомер по п.1, характеризующийся тем, что магнитные датчики скорости смонтированы на измерительных трубках, на равном удалении от центра.4. Vibration flow meter according to claim 1, characterized in that magnetic speed sensors are mounted on measuring tubes at an equal distance from the center. 5. Вибрационный расходомер по п.1, характеризующийся тем, что магнитная система возбуждения смонтирована в центре измерительных трубок. 5. Vibrating flow meter according to claim 1, characterized in that the magnetic excitation system is mounted in the center of the measuring tubes. 6. Вибрационный расходомер по п.1, характеризующийся тем, что первый датчик температуры смонтирован на кожух расходомера.6. The vibration flow meter according to claim 1, characterized in that the first temperature sensor is mounted on the flow meter casing. 7. Вибрационный расходомер по п.1, характеризующийся тем, что датчик избыточного давления монтируется в трубопровод последовательно вибрационному расходомеру через адаптер и соединен с контроллером через кабель.7. The vibration flow meter according to claim 1, characterized in that the excess pressure sensor is mounted in the pipeline in series with the vibration flow meter through an adapter and connected to the controller via a cable. 8. Вибрационный расходомер по п.1, характеризующийся тем, что датчики температуры выполнены цифровыми. 8. Vibration flow meter according to claim 1, characterized in that the temperature sensors are digital.
RU2024100164U 2024-01-09 VIBRATION FLOWMETER WITH TWO STRAIGHT HIGH PRESSURE MEASURING PIPES RU224296U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU224296U1 true RU224296U1 (en) 2024-03-20

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005010467A2 (en) * 2003-07-24 2005-02-03 Fti Flow Technology, Inc. Vibrating tube mass flow meter
DE102009027580A1 (en) * 2009-07-09 2011-01-13 Endress + Hauser Flowtec Ag Measuring system for use as compact Coriolis mass flow rate/vicosity measuring device to measure e.g. density of slurry flowing into process line, has measuring tubes executing diametrically opposed torsional vibrations in fundamental mode
RU2453816C2 (en) * 2006-08-28 2012-06-20 Инвенсис Системз, Инк. Wet gas measurement
CN101715546B (en) * 2007-04-20 2012-06-27 因万西斯系统股份有限公司 Wet gas measurement
CN105928578B (en) * 2015-02-27 2020-05-05 施耐德电子系统美国股份有限公司 System and method for multiphase flow metering responsible for accounting for dissolved gases

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005010467A2 (en) * 2003-07-24 2005-02-03 Fti Flow Technology, Inc. Vibrating tube mass flow meter
RU2453816C2 (en) * 2006-08-28 2012-06-20 Инвенсис Системз, Инк. Wet gas measurement
CN101715546B (en) * 2007-04-20 2012-06-27 因万西斯系统股份有限公司 Wet gas measurement
DE102009027580A1 (en) * 2009-07-09 2011-01-13 Endress + Hauser Flowtec Ag Measuring system for use as compact Coriolis mass flow rate/vicosity measuring device to measure e.g. density of slurry flowing into process line, has measuring tubes executing diametrically opposed torsional vibrations in fundamental mode
CN105928578B (en) * 2015-02-27 2020-05-05 施耐德电子系统美国股份有限公司 System and method for multiphase flow metering responsible for accounting for dissolved gases

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5796012A (en) Error correcting Coriolis flowmeter
RU2569048C2 (en) Vibration meter and appropriate method to determine resonant frequency
RU2235295C2 (en) Straight-tube coriolis flowmeter
RU2502963C2 (en) Method and device to determine zero shift in vibration flow metre
KR100436483B1 (en) Meter electronics for coriolis flowmeter, and method for validating a flow calibration factor used thereby
CN101821593B (en) For determining vibratory flowmeter and the method for the fluid temperature (F.T.) of fluent material
US7904268B2 (en) Diagnostic apparatus and methods for a coriolis flow meter
EP1817554B1 (en) Method and apparatus for determining flow pressure using density information
US7716994B2 (en) Single and multiphase fluid measurements using a Coriolis meter and a differential pressure flowmeter
RU2500991C2 (en) Method and device for detection and compensation of variation of differential shift of zero of vibration flow meter
RU2487322C1 (en) Method and device to detect flow error in vibration flow metre
US9689735B2 (en) Vibratory flowmeter friction compensation
RU2758191C1 (en) Method for compensating mass flow value using known density
RU224296U1 (en) VIBRATION FLOWMETER WITH TWO STRAIGHT HIGH PRESSURE MEASURING PIPES
CN112840181A (en) Method for correcting at least one measured value of a coriolis measuring device and coriolis measuring device
WO2006062856A1 (en) Multi-phase flow meter system and method of determining flow component fractions
JP2966356B2 (en) Mass flow meter converter
WO2023191763A1 (en) Flowmeter primary containment failure detection
KR20240024269A (en) Coriolis flow meter non-ideal fluid measurement and related methods
WO2023191762A1 (en) Mode excitation detection for a vibratory flowmeter and related methods
KR20070074673A (en) Method and apparatus for determining flow pressure using density information