RU2488781C1 - Устройство для определения массового расхода текучих сред - Google Patents

Устройство для определения массового расхода текучих сред Download PDF

Info

Publication number
RU2488781C1
RU2488781C1 RU2011152892/28A RU2011152892A RU2488781C1 RU 2488781 C1 RU2488781 C1 RU 2488781C1 RU 2011152892/28 A RU2011152892/28 A RU 2011152892/28A RU 2011152892 A RU2011152892 A RU 2011152892A RU 2488781 C1 RU2488781 C1 RU 2488781C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
flow rate
mass flow
medium
frequency
Prior art date
Application number
RU2011152892/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011152892A (ru
Inventor
Алексей Федорович Писарев
Николай Владимирович Тингаев
Григорий Викторович Цепилов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" filed Critical Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект"
Priority to RU2011152892/28A priority Critical patent/RU2488781C1/ru
Publication of RU2011152892A publication Critical patent/RU2011152892A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2488781C1 publication Critical patent/RU2488781C1/ru

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения массового расхода жидких сред в напорных трубопроводах. Решает задачу непрерывного определения массового расхода текущей среды в широком диапазоне плотностей и скоростей. Устройство для определения массового расхода текучих сред содержит сенсорный элемент с датчиком электрических сигналов и блок обработки сигналов. В качестве измерительного элемента динамического воздействия текущей среды используется упруго изгибаемая и колеблющаяся на собственной частоте лопасть. Причем на лопасти закреплены тензометрические датчики резистивного типа, сигналы от которых включены в схему измерения интегрального прогиба и частоты колебаний лопасти. Технический результат - повышение надежности, обеспечение простоты эксплуатации и расширение динамического диапазона точного измерения массового расхода протекающих сред. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике расходомеров, а именно к устройствам измерения массового расхода жидких сред в напорных трубопроводах круглого сечения.
Хорошо известен класс расходомеров ультразвукового типа, основанный на эффекте Доплера, а также класс - на основе метода бокового сноса узкого звукового луча. При доплеровском методе звуковая волна, распространяясь по или против течения жидкости на заданном отрезке трубы, приобретает временной сдвиг, а также фазовый и частотный набеги, которые пропорциональны скорости потока. Из этих данных расчетно определяется объемный расход жидкости. В случае использования второго указанного ультразвукового метода, скорость потока находится по величине бокового сноса звукового луча за время поперечного прохождения через слой движущейся жидкости.
К наиболее важным достоинствам ультразвуковых расходомеров относится возможность использования их для любых жидкостей, в том числе химически агрессивных. Недостатком таких расходомеров является сложность измерительной системы, что связано, главным образом, с малостью отношения v/c, где v - скорость потока жидкости, с - скорость звука в ней.
Известен также класс массовых расходомеров на эффекте Кориолиса. Основное преимущество расходомеров на эффекте Кориолиса заключается в прямом вычислении расхода массы.
Недостатками расходомеров на эффекте Кориолиса являются большая масса и габариты приборов, а также высокая цена. Кроме того, данный вид расходомеров подвержен влиянию внешней механической вибрации на показания.
Известно устройство для определения массового расхода текучих сред, патент России №2145060, G01F 1/78, G01F 1/28, 1997 г. Устройство содержит установленное в измерительном трубопроводе тело обтекания, выполненное в виде крылового профиля или пластины и через подпружиненный силопередающий элемент соединенное с датчиком усилия, имеющим частотный выходной сигнал.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и электронной схемы.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков прототипа путем изменения принципа измерения фактора динамического воздействия текущей среды на чувствительный элемент.
Целью изобретения является также упрощение конструкции измерительного узла расходомера.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве сенсорного элемента массового расхода текущей среды используется упруго изгибаемая и колеблющаяся на собственной частоте лопасть, интегральный изгиб которой пропорционален расходу среды, а частота собственных колебаний пропорциональна плотности среды. При этом для измерения интегрального прогиба и измерения собственной частоты колебаний лопасти используются тензодатчики, например, типа электрического сопротивления, скрепленные с поверхностью лопасти. Конструкция же лопасти выполняется с учетом получения оптимальной упругой ее гибкости в рамках задаваемого интегрального прогиба. Вместе с тем в конструкцию лопасти закладывается принцип возбуждения автоколебаний на основной моде в потоке текущей среды.
Величина усилия, с которым движущаяся среда воздействует на лопасть, определяется соотношением:
F = [ ( ρ w 2 ) / 2 ] C x s ( 1 )
Figure 00000001
где: ρ - плотность измеряемой среды;
w - скорость движения среды;
Сх - коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы лопасти и числа Рейнольдса;
s - миделевая площадь лопасти.
Массовый расход текучей среды G определяется площадью живого сечения, плотностью движущейся среды и ее скоростью:
G = ρ S 0 w ( 2 )
Figure 00000002
где: S0 - площадь живого сечения потока.
Учитывая выражение (1), зависимость (2) после преобразований примет вид:
G = S 0 ρ F C x s ( 3 )
Figure 00000003
Следовательно, если измерить усилие, с которым движущаяся среда давит на лопасть и плотность, то можно найти массовый расход текучей среды через данное сечение.
Измерение плотности в данном устройстве основано на зависимости частоты собственных колебаний твердого тела от плотности среды, в которую тело погружено. Физическая модель, объясняющая такую зависимость, заключается в том, что колеблющееся тело лопасти вовлекает в колебания некоторую массу среды - так называемую присоединенную массу, которая увеличивает эффективную массу лопасти и тем самым изменяет частоту ее собственных колебаний. Поскольку масса вовлеченной в колебания среды зависит от плотности, то и частота колебаний лопасти зависит от плотности среды.
В рамках такой модели можно показать, что свободные гармонические колебания лопасти, погруженной в несжимаемую среду, совершаются с собственной частотой:
f = 1 2 π K m Л + m С = 1 2 π K m л + V ρ ( 4 )
Figure 00000004
где: К - жесткость лопасти;
mЛ - масса лопасти;
mc=V·ρ - масса вовлеченной в колебания среды;
V - объем вовлеченной в колебания среды.
Схема устройства представлена на фиг.1. Чувствительный элемент устройства 1 представляет собой лопасть из упруго гибкого материала. Геометрические и физические параметры лопасти выбираются в зависимости от типа протекаемой среды, а также динамики течения. На фронтальной и тыльной (по отношению к потоку) сторонах лопасти находятся тензометрические датчики резистивного типа - тензорезисторы 2, измеряющие статическую и динамическую деформацию лопасти. При этом у фронтальных тензорезисторов в момент деформации лопасти электрическое сопротивление увеличивается, а у тыльных - уменьшается. Тензорезисторы включены в мостовую электрическую схему. При наклейке четырех тензорезисторов на лопасть измеряемое напряжение повышается, что поднимает чувствительность измерительной цепи. Температурное же изменение сопротивления тензорезисторов компенсируется. Сигналы от тензорезисторов поступают в электронную схему измерения интегрального прогиба и частоты колебаний 3, расположенную в блоке обработки сигналов 4. Там же производится вычисление массового расхода текучей среды. Устройство устанавливается на трубопроводе 5 с помощью врезного патрубка 6 или иным другим удобным способом.
Расходомер функционирует следующим образом. При изменении скорости потока меняется гидродинамическое воздействие потока на измерительную лопасть. При этом изменяется интегральная величина деформации лопасти, а также деформация тензорезисторов, прикрепленных к лопасти, и, следовательно, изменяется балансировка измерительного моста.
Лопасть, находясь в движущемся потоке, испытывает флуктуации силы воздействия потока на нее, что возбуждает собственные колебания лопасти. Треугольная геометрия лопасти обеспечивает преимущественное возбуждение колебаний на основной изгибной моде. Преимущественное возбуждение колебаний на основной моде способствует более точному измерению частоты колебаний и, следовательно, более точному определению плотности среды.
Сигналы от тензорезисторов поступают в блок обработки сигналов, где по заданному алгоритму вычисляется массовый расход жидкости.
Для проверки работоспособности предлагаемого устройства измерения массового расхода текущей среды были проведены эксперименты, в которых определялась деформация и частота колебаний лопасти, помещенной в поток воды, протекающей по трубопроводу. Эксперименты показали высокую чувствительность предлагаемого устройства к измерению массового расхода жидкой среды.
Данный вариант осуществления изобретения не исключает иных вариантов устройства расходомера в пределах формулы изобретения.
Таким образом, изобретение в техническом и функциональном отношении значительно упростилось относительно прототипа. Изобретение приобрело также большую надежность в работе, простоту эксплуатации и расширенный динамический диапазон точного измерения массового расхода протекающих сред.

Claims (1)

  1. Устройство для определения массового расхода текучих сред, содержащее сенсорный элемент с датчиком электрических сигналов и блок обработки сигналов, отличающееся тем, что в качестве измерительного элемента динамического воздействия текущей среды используется упруго изгибаемая и колеблющаяся на собственной частоте лопасть, причем на лопасти закреплены тензометрические датчики резистивного типа, сигналы от которых включены в схему измерения интегрального прогиба и частоты колебаний лопасти.
RU2011152892/28A 2011-12-23 2011-12-23 Устройство для определения массового расхода текучих сред RU2488781C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011152892/28A RU2488781C1 (ru) 2011-12-23 2011-12-23 Устройство для определения массового расхода текучих сред

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011152892/28A RU2488781C1 (ru) 2011-12-23 2011-12-23 Устройство для определения массового расхода текучих сред

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011152892A RU2011152892A (ru) 2013-06-27
RU2488781C1 true RU2488781C1 (ru) 2013-07-27

Family

ID=48701239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011152892/28A RU2488781C1 (ru) 2011-12-23 2011-12-23 Устройство для определения массового расхода текучих сред

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488781C1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1413427A1 (ru) * 1985-10-29 1988-07-30 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Способ измерени расхода жидкостей и газов
RU2145060C1 (ru) * 1997-12-23 2000-01-27 Омский государственный технический университет Устройство для определения массового расхода текучих сред

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1413427A1 (ru) * 1985-10-29 1988-07-30 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Способ измерени расхода жидкостей и газов
RU2145060C1 (ru) * 1997-12-23 2000-01-27 Омский государственный технический университет Устройство для определения массового расхода текучих сред

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011152892A (ru) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7305892B2 (en) Method for operating a mass flowmeter
CA2702666C (en) A method and system for detecting deposit buildup within an ultrasonic flow meter
JP4851936B2 (ja) 超音波流量計
US20200056917A1 (en) Leaky Lamb Wave Flowmeter
US10704943B2 (en) Mass flow meter according to the coriolis principle and method for determining a mass flow
US20040144182A1 (en) Apparatus and method for providing a flow measurement compensated for entrained gas
US20130055827A1 (en) Method for Operating a Coriolis Mass Flow Rate Meter and Coriolis Mass Flow Rate Meter
JP5422750B2 (ja) 振動式流量計の摩擦補償
RU2565849C2 (ru) Способ эксплуатации резонансной измерительной системы
RU2643226C1 (ru) Устройство и способ обнаружения асимметричного потока в вибрационных расходомерах
JP6089113B2 (ja) 横モードの剛性を決定することにより、振動計における流体チューブの断面領域の変化の検出
US10088454B2 (en) Speed of sound and/or density measurement using acoustic impedance
García-Berrocal et al. The Coriolis mass flow meter as a volume meter for the custody transfer in liquid hydrocarbons logistics
EP3775792B1 (en) Flowmeter phase fraction and concentration measurement adjustment method and apparatus
CA2868978C (en) Speed of sound and/or density measurement using acoustic impedance
US9188471B2 (en) Two-phase flow sensor using cross-flow-induced vibrations
RU2396518C2 (ru) Способ и устройство акустического измерения расхода газа
RU2351900C2 (ru) Расходомер жидких сред в трубопроводах
RU2488781C1 (ru) Устройство для определения массового расхода текучих сред
KR101845238B1 (ko) 복합 센싱 구조의 유량검출 장치
JP2018534580A (ja) 磁気歪み方式の距離測定を利用したテーパ管形面積式流量計
RU2489685C2 (ru) Способ измерения расхода многофазной жидкости
Baik et al. Investigation of a method for real time quantification of gas bubbles in pipelines
RU66029U1 (ru) Комплексное устройство измерения расхода, плотности и вязкости нефтепродуктов
JP5372831B2 (ja) 超音波式濃度計

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171224