RU2445602C2 - Inertia method of determining density and (or) mass flow of liquid (gas) - Google Patents
Inertia method of determining density and (or) mass flow of liquid (gas) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2445602C2 RU2445602C2 RU2010121065/28A RU2010121065A RU2445602C2 RU 2445602 C2 RU2445602 C2 RU 2445602C2 RU 2010121065/28 A RU2010121065/28 A RU 2010121065/28A RU 2010121065 A RU2010121065 A RU 2010121065A RU 2445602 C2 RU2445602 C2 RU 2445602C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- gas
- density
- mass flow
- pipeline
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу определения плотности и (или) массового расхода жидкостей (газов).The invention relates to measuring technique, in particular to a method for determining the density and (or) mass flow rate of liquids (gases).
Уровень техникиState of the art
Аналоги изобретения:Analogs of the invention:
1. Вибрационные кориолисовые расходомеры (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1989, с.354).1. Vibration Coriolis flowmeters (Kremlevsky P.P. Flowmeters and counters: Reference. - 4th ed., Revised and add. - L.: Mechanical Engineering, 1989, p.354).
Вибрационные кориолисовые расходомеры - расходомеры, в которых потоку жидкости (газа) сообщается знакопеременное ускорение Кориолиса. Устройства, основанные на этом принципе действия, получили широкое распространение. Данная группа устройств обеспечивает получение основного технического результата - возможность непосредственного измерения массового расхода вещества. Дополнительный технический результат - возможность измерения плотности вещества. Вместе с тем, аналоги по п.1 обладают существенными недостатками:Vibration Coriolis flowmeters - flowmeters in which an alternating Coriolis acceleration is communicated to a fluid (gas) stream. Devices based on this principle of action are widespread. This group of devices provides the main technical result - the ability to directly measure the mass flow of a substance. An additional technical result is the ability to measure the density of a substance. However, the analogues according to
- для снижения погрешности измерений измерительный участок проточной части выполняют малого проходного сечения с тем, чтобы обеспечить высокую скорость среды. Это приводит к возникновению больших гидравлических потерь на перекачку среды;- to reduce the measurement error, the measuring section of the flowing part is performed with a small flow area in order to ensure a high velocity of the medium. This leads to large hydraulic losses due to pumping of the medium;
- измерительный участок проточной части подвержен действию изгибных и крутильных колебаний при эксплуатации. Вследствие этого существенно усложняется конструкция измерительного прибора, ужесточаются требования при его изготовлении и увеличивается стоимость;- the measuring section of the flow part is subject to bending and torsional vibrations during operation. As a result, the design of the measuring device is significantly complicated, the requirements for its manufacture are tightened, and the cost increases;
- вибрационный принцип действия подразумевает малую величину амплитуды колебаний измерительной трубки, вследствие этого измерительный прибор склонен к сбою в работе при измерении некоторых потоков измеряемой среды, например газожидкостных.- the vibrational principle of operation implies a small amplitude of the oscillations of the measuring tube, as a result of which the measuring device is prone to malfunction when measuring some flows of the medium being measured, for example, gas-liquid ones.
2. Перепадно-силовые расходомеры (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1989, с.360).2. Differential-power flow meters (Kremlevsky P.P. Flowmeters and counters: Reference. - 4th ed., Revised and additional - L .: Mashinostroenie, 1989, p. 360).
Перепадно-силовые расходомеры наиболее близки к заявляемому изобретению по принципу действия и также позволяют достичь основного технического результата - измерение массового расхода среды. Вместе с тем, аналоги по п.2 имеют существенный недостаток - зависимость показаний от вязкости и режима течения потока и, как следствие, повышенная погрешность измерения.Differential-power flowmeters are closest to the claimed invention according to the principle of action and also allow to achieve the main technical result - the measurement of the mass flow rate of the medium. At the same time, the analogs of
3. Устройство гидродинамического измерения плотности (Патент RU 2273016 С2).3. A device for hydrodynamic density measurement (Patent RU 2273016 C2).
Устройство гидродинамического измерения плотности, принцип действия которого основан на зависимости перепада давления, зависящего от расхода, плотности и вязкости среды.A device for hydrodynamic density measurement, the principle of which is based on the dependence of the differential pressure, depending on the flow rate, density and viscosity of the medium.
Недостатки аналога:The disadvantages of the analogue:
- влияние расхода, плотности и вязкости среды на перепад давлений снижает точность измерения;- the effect of flow rate, density and viscosity of the medium on the pressure drop reduces the accuracy of the measurement;
- в принцип измерения заложен квадратичный характер роста перепада давления с увеличением скорости, что может приводить к сужению диапазона измерений и к увеличению погрешности измерений;- the measurement principle is based on the quadratic nature of the pressure drop increase with increasing speed, which can lead to a narrowing of the measurement range and to an increase in measurement error;
- высокая техническая сложность и стоимость;- high technical complexity and cost;
- низкая надежность устройства гидродинамического измерения плотности.- low reliability of the hydrodynamic density measurement device.
4. Статья «Об инерционном способе одновременного измерения массового расхода жидкости и ее плотности» (Е.В.Майоров, В.А.Онищук. Прикладная физика» №6-2005, с.18-23).4. The article "On the inertial method for simultaneously measuring the mass flow rate of a liquid and its density" (E.V. Mayorov, V. A. Onishchuk. Applied Physics "No. 6-2005, p. 18-23).
Данная разработка принята в качестве прототипа, так как по своему принципу действия наиболее близка к заявляемому изобретению. Общим для изобретения и прототипа является характер воздействия, оказываемого на измеряемую среду со стороны измерительного устройства, а именно воздействие, вынуждающее жидкость изменять свою скорость и свой массовый расход в соответствии с определенным заданным законом. В работе Б.В.Майорова и В.А.Онищука приведена принципиальная возможность определения массового расхода и плотности жидкости при помощи устройства, представляющего собой трубопровод с колеблющимися стенками. Показано, что для идеальной несжимаемой жидкости перепад давления, возникающий на участке трубопровода со стенками, совершающими колебания симметричные относительно продольной оси трубопровода, пропорционален массовому расходу и пропорционален плотности. Представлена схема, по которой может быть построен реально действующий образец измерительного устройства. Однако устройство по данному описанию обладает существенным недостатком: сложность практического осуществления. На практике сложно изготовить трубопровод с гибкими (податливыми) стенками, который мог бы совершать гармоническое колебание с изменением диаметра, особенно если по требованиям технологии необходимо чтобы трубопровод был изготовлен из металла. Описываемое изобретение позволяет устранить приведенный недостаток.This development is adopted as a prototype, because by its principle of action is closest to the claimed invention. Common to the invention and the prototype is the nature of the effect exerted on the measured medium by the measuring device, namely, the effect of forcing the liquid to change its speed and its mass flow rate in accordance with a specific predetermined law. In the work of B.V. Mayorov and V.A. Onishchuk, the fundamental possibility of determining the mass flow rate and density of a liquid using a device representing a pipeline with oscillating walls is given. It is shown that for an ideal incompressible fluid, the pressure drop arising in the pipeline section with walls oscillating symmetrically with respect to the longitudinal axis of the pipeline is proportional to the mass flow rate and proportional to the density. A diagram is presented by which a real-life sample of a measuring device can be built. However, the device according to this description has a significant drawback: the complexity of the practical implementation. In practice, it is difficult to manufacture a pipeline with flexible (pliable) walls, which could make harmonic oscillations with a change in diameter, especially if, according to the requirements of the technology, it is necessary that the pipeline be made of metal. The described invention eliminates the above disadvantage.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Существующие на сегодняшний день аналоги ([1] и [3]), предназначенные для измерения плотности и массового расхода жидкой или газовой среды, обладают рядом достоинств, но помимо них и рядом недостатков и ограничений в применении. Расходомеры на эффекте Кориолиса, содержащие вибрирующие трубы (аналог [1]), выполняют функции измерения массового расхода и плотности. Недостатком таких приборов является возникновение большого перепада давлений, вызванного существенным сужением поперечного сечения потока при прохождении его сквозь вибрирующие трубы. Большой перепад давления приводит к увеличению стоимости эксплуатации трубопровода, поскольку на прокачку среды расходуется больше энергии, увеличивается нагрузка на насосы и прочее. Устройство гидродинамического измерения плотности среды (аналог [3]) также подразумевает наличие перепада давления, зависящего от расхода, плотности и вязкости среды. Кроме того, в принцип измерения, описанный в аналоге [3], заложен квадратичный характер роста перепада с увеличением скорости, что может приводить к увеличению погрешности измерений.The existing analogues ([1] and [3]), designed to measure the density and mass flow rate of a liquid or gas medium, have a number of advantages, but in addition to them there are a number of disadvantages and limitations in application. Coriolis effect flow meters containing vibrating tubes (analogue [1]) perform the functions of measuring mass flow and density. The disadvantage of such devices is the occurrence of a large pressure drop caused by a significant narrowing of the cross section of the stream when it passes through vibrating pipes. A large pressure drop leads to an increase in the cost of operating the pipeline, since more energy is spent on pumping the medium, the load on the pumps and so on increases. The device for hydrodynamic measurement of the density of the medium (analogue [3]) also implies the presence of a pressure drop, depending on the flow rate, density and viscosity of the medium. In addition, the measurement principle described in the analogue of [3] contains the quadratic nature of the difference growth with increasing speed, which can lead to an increase in measurement error.
Описываемое изобретение является совершенно новым способом определения плотности и (или) массового расхода жидкостей (газов) и при реализации данного способа возможно получение следующих технических результатов:The described invention is a completely new way to determine the density and (or) mass flow rate of liquids (gases), and when implementing this method it is possible to obtain the following technical results:
- низкая величина гидравлических потерь давления;- low pressure loss;
- простота и надежность по сравнению с аналогами;- simplicity and reliability in comparison with analogues;
- возможность измерения не только однофазной однородной среды, а также смесей жидкости или газа с сыпучим продуктом (пульпа) или газожидкостных смесей.- the ability to measure not only a single-phase homogeneous medium, but also mixtures of liquid or gas with a bulk product (pulp) or gas-liquid mixtures.
Для раскрытия сути изобретения в части измерения плотности жидкостей (газов) рассмотрим и прокомментируем фиг.1.To disclose the essence of the invention in terms of measuring the density of liquids (gases), consider and comment on figure 1.
На фиг.1 показан прямой участок трубопровода длиной L с площадью поперечного сечения Sосн, по которому протекает жидкость (газ), имеющая массовый расход , с плотностью ρ. Данный участок трубопровода 3 назовем основным трубопроводом. Параллельно основному трубопроводу подключен еще один трубопровод 5, назовем его дополнительным трубопроводом, в котором плотно установлен поршень 4, приводимый в движение от внешнего источника энергии.Figure 1 shows a straight section of a pipeline of length L with a cross-sectional area S osn through which a liquid (gas) flows, having a mass flow rate , with density ρ. This section of
Поршень совершает в дополнительном трубопроводе циклическое колебание по закону:The piston performs a cyclic oscillation in an additional pipeline according to the law:
где x1 - координата поршня в дополнительной трубе, м;where x 1 is the coordinate of the piston in the additional pipe, m;
А - амплитуда колебаний поршня, м;And - the amplitude of the oscillations of the piston, m;
ω - круговая частота колебаний поршня, с-1;ω is the circular oscillation frequency of the piston, s -1 ;
t - текущий момент времени, с.t - current time, s.
В точках подключения дополнительного трубопровода к основному выполнены камеры массообмена 1 и 2, обеспечивающие перемешивание жидкости (газа), движущейся по основному трубопроводу 3, с жидкостью (газом), выходящей из дополнительного трубопровода 5, или же выполняющие функцию отделения жидкости и забор ее части в дополнительный трубопровод.At the points of connecting the additional pipeline to the main one,
Поскольку поршень 4 в дополнительном трубопроводе 5 совершает возвратно-поступательное движение, то каждая из камер поочередно выполняет функции смешения и разделения. Так, на первой фазе движения часть жидкости забирается из камеры 2 и подается в камеру 1. На второй фазе, когда поршень 4 изменит направление своего движения, часть жидкости будет забираться из камеры 1 и подаваться в камеру 2. Так как направление потока в дополнительном трубопроводе 5 и его скорость, задаваемые движением поршня 4, изменяются циклически, то таким же образом изменяется и продольная скорость жидкости в основном трубопроводе 3 на участке L. Изменение скорости означает наличие ускорения, что вызывает появление сил инерции, действующих на объем жидкости длиной L. Таким образом, давления жидкости в начале и в конце участка длиной L будут отличаться. Датчик разности давлений 6 (фиг.1) измеряет величину разности давлений, возникающей на длине L основного трубопровода 3.Since the
Величина разности давлений пропорциональна плотности жидкости (газа) и ускорению поршня:The pressure difference is proportional to the density of the liquid (gas) and the acceleration of the piston:
где Δp - измеренная разность давлений, возникающая на участке L, Па;where Δp is the measured pressure difference that occurs in the area L, Pa;
Sдоп - площадь поперечного сечения дополнительного трубопровода, м2;S additional - the cross-sectional area of the additional pipeline, m 2 ;
Sост - площадь поперечного сечения основного трубопровода, м2;S ost - the cross-sectional area of the main pipeline, m 2 ;
ρ - плотность измеряемой среды (жидкость или газ), кг/м3;ρ is the density of the measured medium (liquid or gas), kg / m 3 ;
- ускорение поршня, м/с2; - piston acceleration, m / s 2 ;
L - длина основного трубопровода, м.L is the length of the main pipeline, m
Из формулы (2) выражаем плотность измеряемой среды:From the formula (2) we express the density of the measured medium:
где ρ - плотность измеряемой среды (жидкость или газ), кг/м3;where ρ is the density of the measured medium (liquid or gas), kg / m 3 ;
Δp - разность давлений, возникающая на участке L, Па;Δp is the pressure difference arising in the section L, Pa;
Sосн - площадь поперечного сечения основного трубопровода, м2;S osn - the cross-sectional area of the main pipeline, m 2 ;
Sдоп - площадь поперечного сечения дополнительного трубопровода, м2;S additional - the cross-sectional area of the additional pipeline, m 2 ;
L - длина основного трубопровода, м;L is the length of the main pipeline, m;
- ускорение поршня, м/с2. - piston acceleration, m / s 2 .
Таким образом, измерив разность давлений Δp, можем определить плотность жидкости (газов). Коэффициент пропорциональности между плотностью и перепадом давлений представляет собой комбинацию геометрических размеров устройства и ускорения поршня, т.е. величин, определяемых при градуировке и практически неизменных при эксплуатации.Thus, by measuring the pressure difference Δp, we can determine the density of the liquid (gases). The proportionality coefficient between density and pressure drop is a combination of the geometric dimensions of the device and the acceleration of the piston, i.e. values determined during calibration and almost unchanged during operation.
Величина массового расхода измеряемой среды, движущейся по основному трубопроводу 3, не оказывает влияния на измеренное значение плотности.The mass flow rate of the measured medium moving along the
Для раскрытия сути изобретения в части измерения массового расхода жидкости (газа) рассмотрим и прокомментируем фиг.2.To disclose the essence of the invention in terms of measuring the mass flow rate of a liquid (gas), consider and comment on figure 2.
На фиг.2 показан трубопровод 3 с площадью поперечного сечения Sосн, по которому протекает жидкость (газ), имеющая массовый расход , с плотностью ρ. Данный участок трубопровода 3 назовем основным трубопроводом. Параллельно основному трубопроводу 3 подключен еще один трубопровод 5, назовем его дополнительным трубопроводом, в котором плотно установлен поршень 4, приводимый в движение от внешнего источника энергии.Figure 2 shows a
Поршень 4 совершает в дополнительном трубопроводе циклическое колебание по закону:The
где x1 - координата поршня в дополнительной трубе, м;where x 1 is the coordinate of the piston in the additional pipe, m;
А - амплитуда колебаний поршня, м;And - the amplitude of the oscillations of the piston, m;
ω - круговая частота колебаний поршня, с-1;ω is the circular oscillation frequency of the piston, s -1 ;
t - текущий момент времени, с.t - current time, s.
В точках подключения дополнительного трубопровода 5 к основному трубопроводу 3 выполнены камеры массообмена 1 и 2 (фиг.2). Камера массообмена представляет собой участок основного трубопровода 3 с перфорированной (проницаемой) стенкой. Длина камеры массобмена 1 составляет L1, камеры масообмена 2 - L2. Датчиками разности давлений 6 и 7 (фиг.2) измеряется величина разности давлений, возникающая на длине камеры массообмена L1 и L2. Таким образом, в процессе измерения в камерах массообмена будет происходить перемешивание жидкости (газа), движущейся по основному трубопроводу 3, с жидкостью (газом), выходящей из дополнительного трубопровода 5, или же отделение жидкости (газа) и забор ее части в дополнительный трубопровод 5.At the points of connection of the
Величина разности давлений, возникающая в каждой камере массобмена в процессе измерений, будет равняться:The value of the pressure difference arising in each mass transfer chamber during the measurement process will be equal to:
где Δp1 - разность давлений, возникающая на участке L1, Па;where Δp 1 is the pressure difference arising in the area L 1 , Pa;
ρ - плотность измеряемой среды (жидкость или газ), кг/м3;ρ is the density of the measured medium (liquid or gas), kg / m 3 ;
- ускорение поршня, м/с2; - piston acceleration, m / s 2 ;
Sдоп - площадь поперечного сечения дополнительного трубопровода, м2;S additional - the cross-sectional area of the additional pipeline, m 2 ;
L1 - длина камеры массообмена 1, м;L 1 - the length of the
Sосн - площадь поперечного сечения основного трубопровода, м2;S osn - the cross-sectional area of the main pipeline, m 2 ;
- массовый расход измеряемой среды (жидкость или газ), кг/с; - mass flow rate of the measured medium (liquid or gas), kg / s;
- скорость поршня, м/с; - piston speed, m / s;
Δp2 - разность давлений, возникающая на участке L2, Па;Δp 2 is the pressure difference arising in the area L 2 , Pa;
L2 - длина камеры массообмена 2, м;L 2 - the length of the
Из формул (5) и (6) видно, что измерив разность давлений Δp1 или Δp2, можем определить плотность и массовый расход жидкости (газа). Величины массового расхода и плотности жидкости (газа) можно получить из формул (5) и (6) при помощи математических вычислений.From formulas (5) and (6) it can be seen that by measuring the pressure difference Δp 1 or Δp 2 , we can determine the density and mass flow rate of the liquid (gas). The mass flow rate and the density of the liquid (gas) can be obtained from formulas (5) and (6) using mathematical calculations.
Таким образом, для определения плотности и массового расхода жидкости (газа) либо только массового расхода или только плотности жидкости (газа) можно измерять оба перепада давлений Δp1 или Δp2 или какой-нибудь один из них, и затем при помощи математических вычислений, вычислить значения массового расхода и плотности ρ жидкости (газа).Thus, to determine the density and mass flow rate of a liquid (gas) or only the mass flow rate or only the density of a liquid (gas), it is possible to measure both pressure drops Δp 1 or Δp 2 or any one of them, and then using mathematical calculations, calculate mass flow rate and density ρ of the liquid (gas).
Осуществления изобретенияThe implementation of the invention
При изложении раздела Раскрытие изобретения подробно описан способ определения плотности и массового расхода жидкости (газа), а также принцип действия и конструкция.In the presentation of the Disclosure of the invention describes in detail a method for determining the density and mass flow rate of a liquid (gas), as well as the principle of operation and design.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010121065/28A RU2445602C2 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Inertia method of determining density and (or) mass flow of liquid (gas) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010121065/28A RU2445602C2 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Inertia method of determining density and (or) mass flow of liquid (gas) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010121065A RU2010121065A (en) | 2011-11-27 |
RU2445602C2 true RU2445602C2 (en) | 2012-03-20 |
Family
ID=45317813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010121065/28A RU2445602C2 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Inertia method of determining density and (or) mass flow of liquid (gas) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2445602C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1469312A1 (en) * | 1987-04-02 | 1989-03-30 | Ярославский политехнический институт | Vibrational density meter |
RU97109891A (en) * | 1997-06-11 | 1999-05-20 | А.А. Хачков | DEVICE FOR DETERMINING LIQUID DENSITY |
WO2000049384A1 (en) * | 1999-02-19 | 2000-08-24 | Smar Research Corporation | System and method for determining a density of a fluid |
-
2010
- 2010-05-24 RU RU2010121065/28A patent/RU2445602C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1469312A1 (en) * | 1987-04-02 | 1989-03-30 | Ярославский политехнический институт | Vibrational density meter |
RU97109891A (en) * | 1997-06-11 | 1999-05-20 | А.А. Хачков | DEVICE FOR DETERMINING LIQUID DENSITY |
WO2000049384A1 (en) * | 1999-02-19 | 2000-08-24 | Smar Research Corporation | System and method for determining a density of a fluid |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МАЙОРОВ Е.В., ОНИЩУК В.А. Прикладная физика, №6-2..5, с.18-23. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010121065A (en) | 2011-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5896738B2 (en) | Vibrating flow meter that identifies one or more fluid properties of a multiphase fluid | |
CA3011242C (en) | Multi-phase coriolis measurement device and method | |
US8302489B2 (en) | Flow meter system and method for measuring flow characteristics of a three phase flow | |
AU2007354291B2 (en) | Vibratory flow meter and method for correcting for entrained gas in a flow material | |
JP2011520106A5 (en) | ||
US9689735B2 (en) | Vibratory flowmeter friction compensation | |
US10895483B2 (en) | Vibratory flow meter with multichannel flow tube | |
US20160332129A1 (en) | Radial mode fluid process meter | |
US9593978B2 (en) | Device and method for measuring mass flow rate of fluids | |
KR20190007491A (en) | Multi-channel flow tube | |
RU2445602C2 (en) | Inertia method of determining density and (or) mass flow of liquid (gas) | |
RU125694U1 (en) | CORIOLIS FLOWMETER | |
US5604316A (en) | Multiple phase coriolis mass meter | |
US6598488B1 (en) | Coriolis effect fluid flow meter | |
JPH112550A (en) | Flowmeter using coriolis force | |
Baboo | Principles of Mass Flow meters | |
RU2714513C1 (en) | Coriolis flow meter - viscosimeter | |
RU2427804C1 (en) | Vibratory flow metre and procedure for introduction of correction for entrained gas in flowing material | |
JP3800691B2 (en) | Source mass flow meter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130525 |