UA123611C2 - TENSOR FOR VOLUME-WEIGHT MEASUREMENT OF LIQUID DENSITY AND VOLUME-WEIGHT MEASURER OF LIQUID DENSITY ON ITS BASIS - Google Patents
TENSOR FOR VOLUME-WEIGHT MEASUREMENT OF LIQUID DENSITY AND VOLUME-WEIGHT MEASURER OF LIQUID DENSITY ON ITS BASIS Download PDFInfo
- Publication number
- UA123611C2 UA123611C2 UAA201908380A UAA201908380A UA123611C2 UA 123611 C2 UA123611 C2 UA 123611C2 UA A201908380 A UAA201908380 A UA A201908380A UA A201908380 A UAA201908380 A UA A201908380A UA 123611 C2 UA123611 C2 UA 123611C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- strain gauge
- connection
- deformation
- sensitive
- flow
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 25
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 21
- 101100123850 Caenorhabditis elegans her-1 gene Proteins 0.000 claims 1
- 101100218970 Drosophila melanogaster borr gene Proteins 0.000 claims 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 12
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/02—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring weight of a known volume
- G01N9/04—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring weight of a known volume of fluids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/10—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing bodies wholly or partially immersed in fluid materials
- G01N9/20—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing bodies wholly or partially immersed in fluid materials by balancing the weight of the bodies
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
Abstract
Винахід стосується контрольно-вимірювальної техніки, а саме, об'ємно-вагових вимірювачів густини рідини (ОВВГР) та тензодатчиків для здійснення їхньої роботи. Тензодатчик для об'ємно-вагового вимірювача густини рідини включає гнучку пружну трубу виконану у вигляді втулки з полімерного матеріалу, розташовану всередині пружного каркасу, принаймні один засіб вимірювання деформації, вхідний і вихідний засоби приєднання з наскрізними отворами, причому тензодатчик виконаний з можливістю приєднання вхідним засобом приєднання до вхідного трубопроводу і вихідним засобом приєднання – до потокочутливої труби з максимальним суміщенням відповідних отворів, гнучка пружна труба виконана з можливістю герметичного приєднання до вхідного і вихідного засобів зі співвісним розташуванням суміжних отворів, а пружний каркас жорстко з’єднаний з вхідним і вихідним засобами приєднання з можливістю запобігання деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні або стисканні гнучкої пружної труби, причому пружний каркас виконаний з можливістю рівномірного розподілення вздовж всієї довжини втулки напружень, які виникають в її тілі під час деформації. Завдяки винаходу отримано тензодатчик і ОВВГР на його основі, які забезпечують високу точність вимірювання і при цьому дозволяють уникнути зниження точності вимірювань з плином часу. 4The invention relates to control and measuring equipment, namely, volume-weight liquid density meters (OVVGR) and strain gauges for their operation. The strain gauge for the volume-weight meter of liquid density includes a flexible elastic tube made in the form of a sleeve of polymeric material located inside the elastic frame, at least one means of measuring deformation, input and output means of connection with through holes, and the strain gauge is made with connection to the inlet pipe and the outlet connection means - to the flow-sensitive pipe with the maximum alignment of the respective holes, the flexible elastic pipe is made with the possibility of tight connection to the inlet and outlet means with coaxial arrangement of adjacent holes, and the elastic frame is rigidly connected to the outlet with the possibility of preventing the deformation of the strain gauge in the vertical direction when stretching or compressing the flexible elastic tube, and the elastic frame is made with the possibility of uniform distribution along the entire length of the sleeve stresses that occur in its body during deformation. Thanks to the invention obtained a strain gauge and OVVGR based on it, which provide high measurement accuracy and thus avoid reducing the accuracy of measurements over time. 4
Description
Винахід стосується контрольно-вимірювальної техніки, а саме об'ємно-вагових вимірювачів густини рідини (далі за текстом - ОВВГР) та тензодатчиків для здійснення їхньої роботи, і може застосовуватися в різних галузях промисловості, де є необхідність вимірювання густини рідини, що проходить по трубопроводах, зокрема в таких галузях, як нафтодобувна промисловість, будівництво, хімічна промисловість тощо.The invention relates to control and measuring equipment, namely volumetric and weight meters of liquid density (hereinafter - ОВВГР) and strain gauges for carrying out their work, and can be used in various industries where there is a need to measure the density of liquid passing through pipelines , in particular in such industries as the oil industry, construction, chemical industry, etc.
Загальний принцип вимірювання у таких пристроях заснований на залежності ваги заповненого рідиною відрізка трубопроводу фіксованого об'єму від густини цієї рідини. Вказаний відрізок трубопроводу звичайно зв'язаний з вхідним трубопроводом гнучким пружним елементом, і його називають потокочутливою трубою. Другий кінець потокочутливої труби може бути відкритим або зв'язаним з продовженням трубопроводу ще одним гнучким пружним елементом.The general principle of measurement in such devices is based on the dependence of the weight of a fixed-volume pipeline segment filled with liquid on the density of this liquid. This section of the pipeline is usually connected to the inlet pipeline by a flexible elastic element, and it is called a flow-sensitive pipe. The second end of the flow-sensitive pipe can be open or connected to the continuation of the pipeline by another flexible elastic element.
Найближчим аналогом технічного рішення, що заявляється, є тензодатчик і ОВВГР на його основі, описані в патенті України Мо 109456, опубл. 08.11.2010.The closest analog of the claimed technical solution is the strain gauge and OVVGR based on it, described in Ukrainian patent No. 109456, publ. 08.11.2010.
Тензодатчик для об'ємно-вагового вимірювача густини рідини за вказаним патентом включає пружний каркас у вигляді принаймні одного чутливого елемента, оснащеного засобом вимірювання деформації у вигляді принаймні двох тензометричних перетворювачів, наклеєних на чутливі до деформації поверхні пружного каркаса, гнучку пружну трубу, виконану з можливістю герметичного приєднання до виходу вхідного трубопроводу та до входу потокочутливої труби зі співвісним розміщенням суміжних отворів, вхідний засіб приєднання, виконаний з можливістю приєднання до виходу вхідного трубопроводу, вихідний засіб приєднання, виконаний з можливістю жорсткого приєднання до потокочутливої труби, причому кожен з вказаних чутливих елементів, зв'язаний з вказаними засобами приєднання ззовні гнучкої труби. Також особливістю зазначеного тензодатчика є те, що гнучка труба виконана у вигляді сильфона, жорстко прикріпленого своїми кінцями до вказаних засобів приєднання зі співвісним розташуванням його отворів на кінцях, а кожен з вказаних чутливих елементів виготовлений у вигляді жорсткої балки, жорстко зв'язаної з вказаними засобами приєднання, де балки розташовані уздовж гнучкої труби і виконані з можливістю запобігання деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні чи стисканні сильфона.The strain gauge for the volume-weight meter of liquid density according to the specified patent includes an elastic frame in the form of at least one sensitive element, equipped with a means of measuring deformation in the form of at least two strain gauge transducers glued to the deformation-sensitive surfaces of the elastic frame, a flexible elastic pipe made with the possibility hermetic connection to the outlet of the inlet pipeline and to the inlet of the flow-sensitive pipe with coaxial placement of adjacent holes, the inlet means of connection, made with the possibility of connection to the outlet of the inlet pipeline, the outlet means of connection, made with the possibility of rigid connection to the flow-sensitive pipe, and each of the specified sensitive elements, connected to the indicated means of connection from the outside of the flexible pipe. Also, a feature of the specified strain gauge is that the flexible pipe is made in the form of a bellows, rigidly attached by its ends to the indicated means of connection with the coaxial arrangement of its holes at the ends, and each of the indicated sensitive elements is made in the form of a rigid beam, rigidly connected to the indicated means connection, where the beams are located along the flexible pipe and are designed to prevent deformation of the strain gauge in the vertical direction when the bellows is stretched or compressed.
Недоліком наведеного тензодатчика-аналога є те, що з плином часу у нього зменшуєтьсяThe disadvantage of the given analog strain gauge is that it decreases over time
Зо точність вимірювання і він припиняє показувати коректні дані. Це відбувається через те, що як гнучка пружна труба в ньому використовується сильфон, гофри якого забиваються зсередини пульпою, сміттям, мулом та іншими неоднорідними з потоком рідини домішками, які можуть траплятися у ньому. У результаті такого засмічення похибка вимірювання суттєво збільшується і з плином часу залежно від вимірюваного матеріалу може досягати 10-20 95, що взагалі робить неможливим точне вимірювання густини потоку.From measurement accuracy and it stops showing correct data. This is due to the fact that it uses a bellows as a flexible elastic pipe, the corrugations of which are clogged from the inside with pulp, garbage, sludge and other inhomogeneous impurities with the flow of liquid that may occur in it. As a result of such clogging, the measurement error increases significantly and over time, depending on the measured material, can reach 10-20 95, which makes accurate measurement of the flux density impossible.
З рівня техніки відоме використання втулки з полімерного матеріалу як гнучкої пружної труби, проте її використання зазвичай не вважається доцільним, оскільки, незважаючи на те, що така втулка не має гофрів, у яких відбувається небажане засмічення, вона виготовлена з матеріалу, який є пружно недосконалим.It is known in the art to use a bushing made of polymeric material as a flexible elastic tube, but its use is not generally considered advisable because, although such a bushing does not have corrugations where undesirable clogging occurs, it is made of a material that is elastically imperfect .
Під дією постійної деформації, яка може відбуватися при постійному навантаженні потокочутливої труби, у втулці з плином часу відбуваються властивий полімерним матеріалам процес релаксації напружень, під час якого знижується напруження, що виникає у втулці, через те, що її залишкова деформація збільшується за рахунок зменшення пружної складової деформації та наростання в'язкопластичної складової деформації. В результаті цього після припинення навантаження від потокочутливої труби втулка не повертається до свого вихідного положення. Крім того відбувається явище гістерезису, коли деформація втулки відстає за фазою від її напруження.Under the influence of constant deformation, which can occur during constant loading of the flow-sensitive pipe, the bushing over time undergoes a stress relaxation process characteristic of polymer materials, during which the stress that occurs in the bushing decreases due to the fact that its residual deformation increases due to a decrease in elastic of the strain component and the growth of the viscoplastic strain component. As a result, the sleeve does not return to its original position after the load from the flow-sensitive pipe is removed. In addition, the phenomenon of hysteresis occurs, when the deformation of the sleeve lags behind its stress in phase.
Описані фізичні явища впливають на реакцію втулки на дію потокочутливої труби. В результаті деформація, яка фіксується засобами зчитування деформації втулки, не відповідає точній вазі потокочутливої труби, і густина потоку визначається з певною похибкою, що може досягати 2 95.The described physical phenomena affect the reaction of the sleeve to the action of the flow-sensitive pipe. As a result, the strain recorded by the sleeve strain reading means does not correspond to the exact weight of the flow-sensitive pipe, and the flux density is determined with a certain error, which can reach 2 95.
Тому в основу цього винаходу була поставлена задача створити ОВВГР і тензодатчик для забезпечення його роботи, які здатні забезпечити високу точність вимірювання густини рідини, що визначається в залежності від ваги потокочутливої труби, і не знижують точності вимірювань з плином часу. Зокрема поставлена задача уникнути наявності всередині гнучкої пружної труби порожнин, які можуть забиватися, і при цьому зберегти точність вимірювань, шляхом забезпечення прийнятних пружних властивостей гнучкої пружної труби, щоб її деформація з високою і постійною точністю відповідала вазі потокочутливої труби.Therefore, the basis of this invention was the task of creating an OVVGR and a strain gauge to ensure its operation, which are able to ensure high accuracy of measuring the density of the liquid, which is determined depending on the weight of the flow-sensitive pipe, and do not reduce the accuracy of measurements over time. In particular, the task is to avoid the presence of cavities inside the flexible elastic pipe, which can become clogged, and at the same time to maintain the accuracy of the measurements, by ensuring acceptable elastic properties of the flexible elastic pipe, so that its deformation corresponds with the weight of the flow-sensitive pipe with high and constant accuracy.
Поставлена задача щодо тензодатчика для ОВВГР вирішується за рахунок того, що у бо відомому тензодатчику для об'ємно-вагового вимірювача густини рідини, який включає, гнучку пружну трубу, розташовану всередині пружного каркаса, принаймні один засіб вимірювання деформації, вхідний і вихідний засоби приєднання з наскрізними отворами, причому тензодатчик виконаний з можливістю приєднання вхідним засобом приєднання до вхідного трубопроводу і вихідним засобом приєднання - до потокочутливої труби з максимальним суміщенням відповідних отворів, гнучка пружна труба виконана з можливістю герметичного приєднання до вхідного і вихідного засобів зі співвісним розташуванням суміжних отворів, а пружний каркас жорстко з'єднаний з вхідним і вихідним засобами приєднання з можливістю запобігання деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні чи стисканні гнучкої пружної труби, були проведені вдосконалення, які полягають у тому, що гнучка пружна труба виконана у вигляді втулки з полімерного матеріалу, а пружний каркас виконаний з можливістю рівномірного розподілення вздовж всієї довжини втулки напружень, які виникають в її тілі.The task of a strain gauge for OVVGR is solved due to the fact that in a known strain gauge for a volume-weight meter of liquid density, which includes a flexible elastic pipe located inside an elastic frame, at least one means of measuring deformation, input and output means of connection with through holes, and the strain gauge is made with the possibility of connecting the input means of connection to the input pipeline and the output means of connection - to the flow-sensitive pipe with the maximum combination of the corresponding holes, the flexible elastic pipe is made with the possibility of hermetic connection to the input and output means with the coaxial arrangement of adjacent holes, and the elastic the frame is rigidly connected to the input and output means of connection with the possibility of preventing deformation of the strain gauge in the vertical direction when stretching or compressing the flexible elastic pipe, improvements were made, which consist in the fact that the flexible elastic pipe is made in the form of a sleeve made of polymer material, and the elastic frame is made with the possibility of uniform distribution along the entire length of the sleeve of the stresses that arise in its body.
Щоб уможливити використання в тензодатчику втулки з полімерного матеріалу як гнучкої пружної труби замість сильфона і при цьому уникнути зниження точності вимірювань, розробниками цього винаходу був здійснений пошук засобів, які дозволяють усунути очевидні недоліки використання такої втулки, зумовлені фізичними властивостями матеріалу, з якого вона виготовлена. Зокрема були проведені дослідження щодо виявлення ефективного засобу мінімізації явищ релаксації, що відбуваються у втулці. В результаті теоретичних досліджень і експериментальних випробувань виявилось, що для зниження впливу явищ релаксації до рівня, на якому пружні недосконалості втулки перестають значною мірою впливати на результат вимірювань, достатньо реалізувати у тензодатчику засоби, які дозволяють мінімізувати загальну деформацію втулки під дією потокочутливої труби, таким чином, щоб запобігти утворенню локальних максимумів напружень в її тілі.In order to enable the use of a sleeve made of polymer material in the strain gauge as a flexible elastic tube instead of a bellows and at the same time avoid reducing the accuracy of measurements, the developers of the present invention searched for means that allow to eliminate the obvious disadvantages of using such a sleeve due to the physical properties of the material from which it is made. In particular, research was conducted to identify an effective means of minimizing relaxation phenomena occurring in the sleeve. As a result of theoretical studies and experimental tests, it turned out that in order to reduce the influence of relaxation phenomena to the level at which the elastic imperfections of the bushing cease to significantly affect the measurement result, it is enough to implement in the strain gauge means that minimize the overall deformation of the bushing under the action of the flow-sensitive pipe, as follows to prevent the formation of local maximum stresses in her body.
Тому тензодатчик за цим винаходом передбачає використання втулки з полімерного матеріалу разом з пружним каркасом, який може мати різну конструкцію, але який обов'язково обмежує її деформацію так, що напруження, які в ній виникають, рівномірно розподіляються вздовж всього її тіла.Therefore, the strain gauge according to this invention involves the use of a sleeve made of polymer material together with an elastic frame, which can have a different design, but which necessarily limits its deformation so that the stresses that arise in it are evenly distributed along its entire body.
Зазначене поєднання елементів тензодатчика є достатнім для усунення необхідності використання сильфона, гофри якого можуть забиватися різним сміттям, і збереження високоїThe specified combination of strain gauge elements is sufficient to eliminate the need to use a bellows, the corrugations of which can be clogged with various debris, and to maintain a high
Зо точності вимірюваних показників, уникаючи негативного впливу ефекту релаксації втулки з полімерного матеріалу.From the accuracy of the measured indicators, avoiding the negative influence of the relaxation effect of the sleeve made of polymer material.
При цьому для обмеження деформації втулки можуть використовуватися відомі конструкції пружного каркаса. Проте з рівня техніки не відомо, щоб такі конструкції використовувалися для розподілення напружень вздовж тіла втулки з конкретною метою умисного запобігання утворенню максимумів напружень.At the same time, to limit the deformation of the sleeve, known structures of the elastic frame can be used. However, it is not known in the prior art that such structures are used to distribute stresses along the body of the sleeve with the specific purpose of deliberately preventing the formation of stress maxima.
Одним з кращих варіантів конструкції пружного каркаса є каркас, виконаний з можливістю обмеження деформації втулки деформацією чистого згину шляхом обмеження руху вихідного засобу приєднання таким чином, що під час деформації тензодатчика, вихідний засіб приєднання повертається навколо осі, віддаленої від вхідного та вихідного засобів приєднання на однакову відстань.One of the best options for the construction of an elastic frame is a frame made with the possibility of limiting the deformation of the bushing by pure bending deformation by limiting the movement of the original means of connection in such a way that during the deformation of the load cell, the original means of connection turns around an axis remote from the input and output means of connection by the same distance.
Деформація чистого згину є окремим випадком деформації втулки, коли напруження, які в ній виникають, рівномірно розподіляються вздовж всього її тіла. Виконання каркаса з можливістю обмежувати деформацію втулки таким чином є найбільш придатним з точки зору можливості технічної реалізації у тензодатчику.Deformation of pure bending is a special case of deformation of the sleeve, when the stresses that arise in it are evenly distributed along its entire body. Making the frame with the ability to limit the deformation of the sleeve in this way is the most suitable from the point of view of the possibility of technical implementation in a strain gauge.
Найкращим варіантом технічного виконання каркаса, що забезпечує деформацію чистого згину, є пружний каркас, виконаний з можливістю обмежувати рух вихідного засобу приєднання так, що траєкторія руху цього засобу співпадає з дугою кола, центр якого лежить на центральній осі тензодатчика, рівновіддаленої від вхідного та вихідного засобів приєднання, тобто осі, що проходить крізь центр тензодатчкика перпендикулярно до осі втулки, і лежить в горизонтальній площині. При такому варіанті виконання тензодатчика під час його деформації вихідний засіб приєднання має змогу повертатися тільки навколо цієї осі, разом з кінцем втулки, приєднаним до нього. Інший кінець втулки є нерухомим, будучи приєднаним до вхідного засобу приєднання, який, в свою чергу, приєднаний до трубопроводу. Тому при деформації втулки радіуси кривизни будь-якого її сегмента є однаковими, тобто в усіх перерізах втулки діє однаковий згинаючий момент, і втулка таким чином зазнає деформацію чистого згину.The best option for the technical execution of the frame, which ensures pure bending deformation, is an elastic frame, made with the possibility of limiting the movement of the output means of attachment so that the trajectory of the movement of this means coincides with the arc of a circle, the center of which lies on the central axis of the load cell, equidistant from the input and output means connection, that is, the axis that passes through the center of the strain gauge perpendicular to the axis of the sleeve, and lies in the horizontal plane. With this version of the strain gauge, during its deformation, the original means of attachment can turn only around this axis, together with the end of the sleeve attached to it. The other end of the bushing is fixed, being attached to the inlet means of attachment, which in turn is attached to the pipeline. Therefore, when the bushing is deformed, the radii of curvature of any of its segments are the same, that is, the same bending moment acts in all sections of the bushing, and the bushing thus undergoes pure bending deformation.
Одним з кращих з точки зору поєднання достатньої ефективності і економічності варіантів виконання каркаса, що обмежує рух вихідного засобу приєднання описаним вище чином, є пружний каркас, який включає сильфон і балки з чутливими до деформації поверхнями, на яких встановлено засоби вимірювання деформації у вигляді тензометричних перетворювачів, бо причому сильфон жорстко з'єднаний з вхідним і вихідним засобами приєднання, втулка розміщена всередині сильфона і жорстко прикріплена до його гофрів, балки розміщені зовні сильфона паралельно втулці і жорстко з'єднані з вхідним і вихідним засобами приєднання, а чутливі до деформації поверхні кожної балки знаходяться посередині на однаковій відстані від вхідного і вихідного засобів приєднання.One of the best from the point of view of combining sufficient efficiency and cost-effectiveness of the options for the execution of the frame, which limits the movement of the original means of attachment in the manner described above, is an elastic frame, which includes a bellows and beams with deformation-sensitive surfaces, on which strain measuring devices are installed in the form of strain gauge transducers , because the bellows is rigidly connected to the inlet and outlet means of connection, the sleeve is placed inside the bellows and rigidly attached to its corrugations, the beams are placed outside the bellows parallel to the sleeve and rigidly connected to the inlet and outlet means of connection, and are sensitive to the deformation of the surface of each the beams are in the middle at the same distance from the input and output means of connection.
З рівня техніки, зокрема з патенту-аналога, відоме виконання каркаса тензодатчика у вигляді балок, які забезпечують можливість запобігання деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні чи стисканні гнучкої пружної труби. При цьому засоби вимірювання деформації у вигляді тензометричних перетворювачів наклеєні на найбільш чутливі до деформації плоскі паралельні одна одній поверхні балок. Таке виконання тензодатчика забезпечує можливість запобігти впливу тиску у рідині і впливу температури рідини на показники вимірювання, і при цьому є простим і вигідним для масового виробництва засобом.From the state of the art, in particular from the analog patent, it is known to make the frame of the strain gauge in the form of beams, which provide the possibility of preventing deformation of the strain gauge in the vertical direction when stretching or compressing a flexible elastic pipe. At the same time, means of measuring deformation in the form of strain gauge transducers are pasted on the most sensitive to deformation flat parallel surfaces of the beams. This design of the strain gauge provides an opportunity to prevent the influence of the pressure in the liquid and the influence of the temperature of the liquid on the measurement indicators, and at the same time it is a simple and profitable means for mass production.
Також з аналога відоме використання як гнучкої пружної труби сильфона замість полімерної втулки, щоб уникнути негативного впливу пружних недосконалостей полімерного матеріалу.It is also known from an analogue to use a bellows as a flexible elastic pipe instead of a polymer sleeve to avoid the negative impact of elastic imperfections of the polymer material.
За цим винаходом до конструкції балок ставиться додаткова вимога, щоб окрім того, що вони виконані з можливістю обмеження деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні чи стисканні гнучкої пружної труби, вони також були б виконані з можливістю обмеження руху вихідного засобу приєднання таким чином, щоб втулка зазнавала тільки деформацію чистого згину. Зокрема балки повинні обмежувати рух вихідного засобу приєднання, щоб він мав змогу повертатися тільки навколо осі, віддаленої від вхідного та вихідного засобів приєднання на однакову відстань. Це вирішується тим, шо чутливі до деформації поверхні розташовані посередині балок, а зазначена вісь проходить по центру цих поверхонь.According to this invention, an additional requirement is placed on the design of the beams that, in addition to being designed to limit the deformation of the load cell in the vertical direction when the flexible elastic tube is stretched or compressed, they should also be designed to limit the movement of the output means of attachment so that the sleeve underwent only pure bending deformation. In particular, the beams must limit the movement of the output connection means so that it can turn only around an axis distant from the input and output connection means by the same distance. This is solved by the fact that the deformation-sensitive surfaces are located in the middle of the beams, and the specified axis passes through the center of these surfaces.
Це є суттєвою відмінністю цього винаходу від аналога, де зазначена вимога щодо балок повністю відсутня, і чутливі поверхні можуть бути розташовані, наприклад, на крайніх частинах балок як в одному з допустимих варіантів аналога. Тому прості вдосконалення тензодатчика згідно з аналогом шляхом застосування в ньому втулки з полімерного матеріалу як гнучкої пружної труби не забезпечують рівномірного розподілення деформації вздовж всього її тіла, тим більше не забезпечують деформацію її чистого згину. Відтак відомостей з рівня технікиThis is a significant difference of the present invention from the analogue, where the specified requirement for beams is completely absent, and sensitive surfaces can be located, for example, on the extreme parts of the beams as one of the permissible variants of the analogue. Therefore, simple improvements of the strain gauge according to the analogue by using a sleeve made of polymer material as a flexible elastic tube in it do not ensure uniform distribution of deformation along its entire body, even more so do not ensure deformation of its pure bending. Therefore, information from the technical level
Зо недостатньо, щоб завдяки відомій конструкції балок запобігти негативному впливу пружної релаксації втулки з полімерного матеріалу і уможливити її використання для усунення проблеми забиття гофрів сильфона.It is not enough to prevent the negative impact of the elastic relaxation of the sleeve made of polymer material due to the known design of the beams and to enable its use to eliminate the problem of clogging the bellows corrugations.
Крім того в патенті-аналогу сильфон використовується безпосередньо як гнучка пружна труба, через яку проходить потік рідини. В цьому варіанті винаходу, що заявляється, як гнучка пружна труба використовується втулка, а сильфон використовується як складова частина пружного каркаса, який обмежує деформацію гнучкої пружної труби. Це допускає виконання пружного корпусу не тільки у вигляді сильфона, але й інших конструкцій, які не обов'язково повинні бути герметичними. Головне, щоб такі конструкції миттєво відгукувалися на деформації, мали мінімальну залишкову деформацію і показували однакові пружні властивості вздовж всієї своєї довжини.In addition, in a similar patent, the bellows is used directly as a flexible elastic tube through which the flow of liquid passes. In this variant of the claimed invention, a sleeve is used as a flexible elastic pipe, and a bellows is used as a component of the elastic frame, which limits the deformation of the flexible elastic pipe. This allows the execution of the elastic body not only in the form of a bellows, but also other structures that do not necessarily have to be hermetic. The main thing is that such structures respond instantly to deformations, have minimal residual deformation and show the same elastic properties along their entire length.
Іншим кращим варіантом реалізації пружного каркаса в тензодатчику, є його виконання у вигляді конструкції, що включає сукупність кілець, з'єднаних балками-перемичками, площина симетрії яких співпадає з горизонтальною площиною симетрії кілець, і балки з чутливими до деформації поверхнями, на яких встановлено засоби вимірювання деформації у вигляді тензометричних перетворювачів, причому сукупність кілець жорстко з'єднана з вхідним і вихідним засобами приєднання, втулка розміщена всередині сукупності кілець і жорстко прикріплена до кожного кільця, балки розміщені зовні сукупності кілець паралельно втулці і жорстко з'єднані з вхідним і вихідним засобами приєднання, а чутливі до деформації поверхні кожної балки знаходяться посередині на однаковій відстані від вхідного і вихідного засобів приєднання. Конструкція зазначеної сукупності кілець передбачає, що балки-перемички попарно з'єднують сусідні кільця одне з одним у двох місцях, де кільця перетинає їх горизонтальна площина симетрії. При цьому вказана горизонтальна площина співпадає з горизонтальною площиною симетрії балок-перемичок, що ділить їх навпіл, і проходить крізь нейтральний шар сукупності кілець, довжина якого практично не змінюється при згинанні. Таким чином ця конструкція має подібні до сильфона пружні властивості, які забезпечують рівномірну деформацію згину прикріпленої до неї втулки, а також запобігають її деформації в радіальному напрямку, допомагаючи компенсувати пружну недосконалість втулки.Another best option for the implementation of an elastic frame in a strain gauge is its implementation in the form of a structure that includes a set of rings connected by cross-beams, the plane of symmetry of which coincides with the horizontal plane of symmetry of the rings, and beams with deformation-sensitive surfaces on which devices are installed deformation measurement in the form of strain gauge transducers, and the set of rings is rigidly connected to the input and output connection means, the sleeve is placed inside the set of rings and rigidly attached to each ring, the beams are placed outside the set of rings parallel to the sleeve and rigidly connected to the input and output means connection, and the deformation-sensitive surfaces of each beam are in the middle at the same distance from the input and output means of connection. The design of the specified set of rings provides that the jumper beams pairwise connect the adjacent rings to each other in two places where the rings are crossed by their horizontal plane of symmetry. At the same time, the specified horizontal plane coincides with the horizontal plane of symmetry of the beams-bridges, which divides them in half, and passes through the neutral layer of the set of rings, the length of which practically does not change during bending. Thus, this design has bellows-like elastic properties that ensure uniform bending deformation of the sleeve attached to it, and also prevent it from deforming in the radial direction, helping to compensate for the elastic imperfection of the sleeve.
Вдосконаленням попереднього варіанта тензодатчика, може бути тензодатчик, який відрізняється тим, що сукупність кілець, з'єднаних балками-перемичками, вмонтована в тіло втулки. Таким чином можна досягти зменшення габаритів тензодатчика, знизивши вартість його виробництва і збільшивши зручність його використання.An improvement of the previous version of the strain gauge can be a strain gauge, which differs in that a set of rings connected by jumper beams is mounted in the body of the sleeve. In this way, it is possible to achieve a reduction in the dimensions of the load cell, reducing the cost of its production and increasing the convenience of its use.
Слід зазначити, що використання в зазначених вище варіантах тензодатчика самих лише сильфона або сукупності кілець без балок або, навпаки, самих лише балок як пружного каркаса недостатньо, щоб забезпечити обмеження деформації втулки належним чином. Рівномірність деформації забезпечується конструкцією пружного каркаса в цілому. При цьому також можливі інші варіанти здійснення пружного каркаса, де він виконаний з можливістю забезпечувати рівномірне розподілення напружень вздовж всієї довжини тіла втулки під час деформації тензодатчика.It should be noted that the use of only the bellows or a set of rings without beams or, conversely, only the beams as an elastic frame in the above-mentioned versions of the strain gauge is not enough to ensure that the deformation of the sleeve is properly limited. Uniformity of deformation is ensured by the design of the elastic frame as a whole. At the same time, other variants of the implementation of the elastic frame are also possible, where it is made with the ability to ensure uniform distribution of stresses along the entire length of the body of the sleeve during deformation of the strain gauge.
Наступним вдосконаленим варіантом втілення винаходу є тензодатчик, у якому втулка виконана з абразивостійкого полімерного матеріалу. Цей варіант винаходу має значно кращу зносостійкість і відповідно більший термін служби.The next improved embodiment of the invention is a strain gauge, in which the sleeve is made of an abrasion-resistant polymer material. This version of the invention has much better wear resistance and, accordingly, a longer service life.
Найкращим варіантом є тензодатчик, у якому втулка виконана з полімерного матеріалу з низькою залишковою деформацією. Використання спеціального матеріалу 3 низькою залишковою деформацією для виготовлення втулки є ще одним способом покращення її пружних властивостей, що на додачу до зазначених вище способів, дозволяє ще більш підвищити точність вимірювань.The best option is a strain gauge, in which the sleeve is made of polymer material with low residual deformation. The use of special material 3 with low residual deformation for the manufacture of the sleeve is another way to improve its elastic properties, which, in addition to the above methods, allows to further increase the accuracy of measurements.
Ще одним варіантом винаходу є тензодатчик, який містить датчик тиску, зокрема у вигляді тензометричних перетворювачів, виконаний з можливістю реагування на зміни тиску рідини, що проходить крізь датчик. Це вдосконалення передбачає наявність додаткового датчика, який разом із засобами вимірювання деформації може бути підключений до вимірювального приладу, що дозволяє зменшити похибку вимірювань на подальшому етапі обчислення результатів, які будуть скореговані відповідно до показників датчика тиску, зокрема шляхом схемної компенсації.Another variant of the invention is a strain gauge, which contains a pressure sensor, in particular in the form of strain gauge transducers, made with the ability to respond to changes in the pressure of the liquid passing through the sensor. This improvement involves the presence of an additional sensor, which, together with the deformation measuring means, can be connected to the measuring device, which allows to reduce the measurement error at a later stage of calculating the results, which will be adjusted according to the pressure sensor indicators, in particular by means of circuit compensation.
Також одним з кращих варіантів винаходу є тензодатчик, який містить датчик температури.Also, one of the best variants of the invention is a strain gauge that contains a temperature sensor.
Врахування показників такого датчика, додатково підключеного до вимірювального приладу, дозволяє зменшити похибку вимірювань, яку може викликати змінна температура потоку.Taking into account the indicators of such a sensor, additionally connected to the measuring device, allows you to reduce the measurement error that can be caused by the variable flow temperature.
Далі описується конструкція вимірювача, який дозволяє вирішити поставлену у цьому винаході задачу усунення недоліків ОВВГР за аналогом, де використання сильфона з часомNext, the design of the meter is described, which makes it possible to solve the problem posed in this invention of eliminating the shortcomings of the OVVGR according to an analogue, where the use of a bellows over time
Зо призводить до втрати точності вимірювань.This leads to a loss of measurement accuracy.
ОВВГР за цим винаходом включає потокочутливу трубу, вимірювальний прилад та перший тензодатчик, який містить гнучку пружну трубу, розташовану всередині пружного каркаса, принаймні один засіб вимірювання деформації, вхідний і вихідний засоби приєднання з наскрізними отворами. Вказаний перший тензодатчик виконаний з можливістю приєднання вхідним засобом приєднання до вхідного трубопроводу і вихідним засобом приєднання - до потокочутливої труби з максимальним суміщенням відповідних отворів, гнучка пружна труба виконана з можливістю герметичного приєднання до вхідного і вихідного засобів зі співвісним розташуванням суміжних отворів, а пружний каркас жорстко з'єднаний з вхідним і вихідним засобами приєднання з можливістю запобігання деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні чи стисканні гнучкої пружної труби, причому гнучка пружна труба виконана у вигляді втулки з полімерного матеріалу, а пружний каркас виконаний з можливістю рівномірного розподілення вздовж всієї довжини втулки напружень, які виникають в її тілі під час деформації.The OVVGR according to the present invention includes a flow-sensitive pipe, a measuring device and a first strain gauge, which includes a flexible elastic pipe located inside an elastic frame, at least one means for measuring strain, input and output means of connection with through holes. The specified first load cell is made with the possibility of connecting the input means of connection to the input pipeline and the output means of connection - to the flow-sensitive pipe with the maximum alignment of the corresponding holes, the flexible elastic pipe is made with the possibility of hermetic connection to the input and output means with the coaxial arrangement of adjacent holes, and the elastic frame is rigid connected to the input and output means of connection with the possibility of preventing deformation of the strain gauge in the vertical direction when stretching or compressing the flexible elastic pipe, and the flexible elastic pipe is made in the form of a sleeve made of polymer material, and the elastic frame is made with the possibility of uniform distribution of stresses along the entire length of the sleeve , which arise in her body during deformation.
Гнучка пружна труба у вказаному вимірювачі не забивається сміттям, як це відбувається при використанні сильфона, і завдяки конструкції пружного каркаса позбавлена негативного впливу пружних властивостей полімерного матеріалу, з якого вона виготовлена. Це дозволяє отриматиThe flexible elastic pipe in this meter is not clogged with debris, as it happens when using a bellows, and thanks to the design of the elastic frame, it is free from the negative influence of the elastic properties of the polymer material from which it is made. This allows you to get
ОВВГР, що забезпечує високу точність вимірювань впродовж значно довшого строку експлуатації ніж відомий аналог.OVVGR, which provides high accuracy of measurements during a much longer period of operation than the known analogue.
Кращі варіанти ОВВГР можна отримати за рахунок розкритих раніше в цій заявці вдосконалень тензодатчика, що в ньому використовується.The best variants of OVVGR can be obtained due to the improvements of the strain gauge used in it disclosed earlier in this application.
Так у кращому варіанті ОВВГР пружний каркас першого тензодатчика виконаний з можливістю обмеження деформації втулки деформацією чистого згину шляхом обмеження руху одного із засобів приєднання таким чином, що під час деформації цього тензодатчика, зазначений засіб приєднання повертається навколо осі, віддаленої від вхідного та вихідного засобів приєднання на однакову відстань. У цьому варіанті ОВВГР реалізований найбільш зручний для виконання спосіб обмеження деформації втулки таким чином, щоб напруження, які в ній виникають, рівномірно розподілялися вздовж всього Її тіла.So, in the best version of the OVVGR, the elastic frame of the first strain gauge is made with the possibility of limiting the deformation of the sleeve by pure bending deformation by limiting the movement of one of the means of attachment in such a way that during the deformation of this strain gauge, the specified means of attachment rotates around an axis remote from the input and output means of attachment on the same distance. In this version of the OVVGR, the most convenient way to limit the deformation of the sleeve is implemented in such a way that the stresses that arise in it are evenly distributed along its entire body.
У ще кращому варіанті ОВВГР пружний каркас першого тензодатчика включає сильфон і принаймні одну балку з чутливими до деформації поверхнями, на якій встановлено засоби бо вимірювання деформації у вигляді тензометричних перетворювачів, причому сильфон жорстко з'єднаний з вхідним і вихідним засобами приєднання, втулка розміщена всередині сильфона і жорстко прикріплена до його гофрів, кожна балка розміщена зовні сильфону паралельно втулці і жорстко з'єднана з вхідним і вихідним засобами приєднання, а чутливі до деформації поверхні кожної балки знаходяться посередині на однаковій відстані від вхідного і вихідного засобів приєднання. Цей варіант являє просту і економічну конструкцію, яка достатньою мірою забезпечує рівномірну деформацію втулки.In an even better version of the OVVGR, the elastic frame of the first strain gauge includes a bellows and at least one beam with deformation-sensitive surfaces, on which the means for measuring deformation in the form of strain gauge transducers are installed, and the bellows is rigidly connected to the input and output means of connection, the sleeve is placed inside the bellows and rigidly attached to its corrugations, each beam is placed outside the bellows parallel to the sleeve and rigidly connected to the input and output means of connection, and the deformation-sensitive surfaces of each beam are in the middle at the same distance from the input and output means of connection. This option is a simple and economical design that sufficiently ensures uniform deformation of the sleeve.
У альтернативному попередньому варіанті ОВВГР, пружний каркас першого тензодатчика включає сукупність кілець, з'єднаних балками-перемичками, площина симетрії яких співпадає з горизонтальною площиною симетрії кілець, і принаймні одну балку з чутливими до деформації поверхнями, на якій встановлено засоби вимірювання деформації у вигляді тензометричних перетворювачів, причому сукупність кілець жорстко з'єднана з вхідним і вихідним засобами приєднання, втулка розміщена всередині сукупності кілець і жорстко прикріплена до кожного кільця, кожна балка розміщена зовні сукупності кілець паралельно втулці і жорстко з'єднана з вхідним і вихідним засобами приєднання, а чутливі до деформації поверхні кожної балки знаходяться посередині на однаковій відстані від вхідного і вихідного засобів приєднання.In an alternative preliminary version of the OVVGR, the elastic frame of the first strain gauge includes a set of rings connected by jumper beams, the plane of symmetry of which coincides with the horizontal plane of symmetry of the rings, and at least one beam with deformation-sensitive surfaces, on which strain measuring devices are installed in the form of strain gauges converters, and the set of rings is rigidly connected to the input and output means of connection, the sleeve is placed inside the set of rings and rigidly attached to each ring, each beam is placed outside the set of rings parallel to the sleeve and rigidly connected to the input and output means of connection, and sensitive to the deformation of the surface of each beam are located in the middle at the same distance from the input and output means of connection.
Ще кращим вдосконаленням попереднього варіанта, яке дозволяє отримати більш компактний ОВВГР, є виконання сукупності кілець пружного каркаса першого тензодатчика вмонтованими в тіло втулки.An even better improvement of the previous version, which allows you to get a more compact OVVGR, is the execution of a set of rings of the elastic frame of the first strain gauge mounted in the body of the sleeve.
У одному з конкретних варіантів виконання ОВВГР потокочутлива труба виконана прямою, що виключає її відхилення під впливом швидкості потоку рідини.In one of the specific versions of the OVVGR, the flow-sensitive pipe is made straight, which excludes its deviation under the influence of the fluid flow rate.
У кращому варіанті ОВВГР потокочутлива труба має відкритий вихідний кінець. Цим створюється ОВВГР кінцевого типу і, зокрема, виключає будь-який вплив на потокочутливу трубу елементів зі сторони відкритого кінця.In the best version of the OVVGR, the flow-sensitive pipe has an open outlet end. This creates an end-type OVVGR and, in particular, excludes any influence on the flow-sensitive pipe of the elements from the side of the open end.
Ще в одному з конкретних варіантів виконання ОВВГР конструкція передбачає використання додаткового другого тензодатчика. Потокочутлива труба у такому варіанті ОВВГР має О-подібну форму, а другий тензодатчик є аналогічним першому, тобто так само складається з гнучкої пружної труби, розташованої всередині пружного каркаса, принаймні одного засобу вимірювання деформації, вхідного і вихідного засобів приєднання з наскрізними отворами.In one of the specific variants of the OVVGR design, the design involves the use of an additional second strain gauge. The flow-sensitive pipe in this version of the OVVGR has an O-shaped shape, and the second strain gauge is similar to the first, that is, it also consists of a flexible elastic pipe located inside an elastic frame, at least one means of measuring deformation, input and output means of connection with through holes.
Гнучка пружна труба у другому тензодатчику також виконана з можливістю герметичного приєднання до вхідного і вихідного засобів зі співвісним розташуванням суміжних отворів, а пружний каркас жорстко з'єднаний з вхідним і вихідним засобами приєднання з можливістю запобігання деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні чи стисканні гнучкої пружної труби, причому гнучка пружна труба виконана у вигляді втулки з полімерного матеріалу, а пружний каркас виконаний з можливістю рівномірного розподілення напружень, які виникають в тілі втулки вздовж всієї її довжини.The flexible elastic pipe in the second strain gauge is also made with the possibility of hermetic connection to the input and output means with the coaxial arrangement of adjacent holes, and the elastic frame is rigidly connected to the input and output connection means with the possibility of preventing deformation of the strain gauge in the vertical direction when stretching or compressing the flexible elastic pipes, and the flexible elastic pipe is made in the form of a sleeve made of polymer material, and the elastic frame is made with the possibility of uniform distribution of stresses that arise in the body of the sleeve along its entire length.
Відмінністю другого тензодатчика від першого є те, що вхідним засобом приєднання він приєднується до потокочутливої труби, а вихідним - до вихідного трубопроводу. Таким чином вхідний засіб приєднання другого тензодатчика є аналогічним вихідному засобу приєднання першого тензодатчика і виконаний з можливістю приєднання до потокочутливої труби, а вихідний засіб приєднання другого тензодатчика є аналогічним вхідному засобу приєднання першого тензодатчика і виконаний з можливістю приєднання до вихідного трубопроводу.The difference between the second strain gauge and the first one is that it is connected to the flow-sensitive pipe as an input connection, and to the output pipeline as an output connection. Thus, the input means of connecting the second strain gauge is similar to the output means of connecting the first strain gauge and is made with the possibility of connecting to a flow-sensitive pipe, and the output means of connecting the second strain gauge is similar to the input means of connecting the first strain gauge and is made with the possibility of connecting to the output pipeline.
Виконання ОВВГР з двома тензодатчиками, приєднаними до вимірювального приладу, дозволяє отримати вимірювач з підвищеною точністю, оскільки інформація, що надходить до вимірювального приладу від засобів вимірювання деформації обох тензодатчиків, дозволяє порівняти їх показники і згідно з наперед визначеними правилами кореляції вивести результуючі дані з мінімальною похибкою.Performing OVVGR with two strain gauges connected to the measuring device allows you to obtain a meter with increased accuracy, since the information coming to the measuring device from the means of measuring the deformation of both strain gauges allows you to compare their indicators and, according to predetermined correlation rules, to output the resulting data with a minimum error .
В ще кращому варіанті ОВВГР, що передбачає додатковий другий тензодатчик і виконання потокочутливої труби в О-подібній формі, причому суміжні засоби приєднання першого і другого тензодатчиків виконані у вигляді однієї деталі. Таким чином вхідний засіб приєднання другого тензодатчика виконаний з вихідним засобом приєднання першого тензодатчика у вигляді однієї деталі і при цьому жорстко приєднаний до потокочутливої труби. В свою чергу, вихідний засіб приєднання другого тензодатчика виконаний з вихідним засобом приєднання першого тензодатчика у вигляді однієї деталі і з можливістю приєднання до вихідного трубопроводу.In an even better version, the OVVGR, which provides for an additional second strain gauge and the execution of a flow-sensitive pipe in an O-shaped form, and the adjacent means of connecting the first and second strain gauges are made in the form of one part. In this way, the input means for connecting the second strain gauge is made with the output means for connecting the first strain gauge in the form of one part and is rigidly attached to the flow-sensitive pipe. In turn, the output means for connecting the second strain gauge is made with the output means for connecting the first strain gauge in the form of one part and with the possibility of connecting to the output pipeline.
Таке виконання ОВВГР дозволяє зменшити похибку вимірювань за рахунок максимально точного розміщення тензодатчиків відносно один одного, а також усунення складової похибки, яку спричиняють початкові напруження, що виникають при збиранні конструкції тензодатчиків з окремими засобами приєднання...This implementation of OVVGR allows to reduce the measurement error due to the most accurate placement of the strain gauges relative to each other, as well as the elimination of the component error caused by the initial stresses that arise when assembling the structure of the strain gauges with separate means of attachment...
Подальше вдосконалення ОВВГР забезпечує більший строк експлуатації за рахунок того, що принаймні в одному тензодатчику втулка виконана з абразивостійкого полімерного бо матеріалу.Further improvement of OVVGR provides a longer service life due to the fact that in at least one strain gauge, the sleeve is made of abrasion-resistant polymer material.
Ще одним вдосконаленням ОВВГР є виконання принаймні в одному тензодатчику втулки з полімерного матеріалу з низькою залишковою деформацією, що дозволяє збільшити точність вимірювань за рахунок покращення пружних властивостей втулки.Another improvement of OVVGR is the implementation in at least one strain gauge of a sleeve made of a polymer material with low residual deformation, which allows to increase the accuracy of measurements due to the improvement of the elastic properties of the sleeve.
Кращий варіант ОВВГР передбачає, що принаймні один тензодатчик містить датчик тиску, зокрема у вигляді тензометричних перетворювачів, виконаний з можливістю реагування на зміни тиску рідини, що проходить крізь втулку. Такий варіант, забезпечуючи отримування вимірювальним приладом додаткових показників датчика тиску, дозволяє більш точно враховувати вплив тиску всередині втулки на результат вимірювання.The best version of OVVGR provides that at least one strain gauge contains a pressure sensor, in particular in the form of strain gauge transducers, made with the ability to respond to changes in the pressure of the liquid passing through the sleeve. This option, ensuring that the measuring device receives additional indicators of the pressure sensor, allows you to more accurately take into account the influence of the pressure inside the sleeve on the measurement result.
У ще кращому варіанті ОВВГР принаймні один тензодатчик містить датчик температури, що дозволяє більш точно враховувати вплив температури рідини на результат вимірювання за рахунок показників, що надходять від датчика температури до вимірювального приладу.In an even better version of the OVVGR, at least one strain gauge contains a temperature sensor, which allows to more accurately take into account the influence of the temperature of the liquid on the measurement result due to the indicators coming from the temperature sensor to the measuring device.
Варіанти виконання тензодатчика для ОВВГР представлені на кресленнях, зокрема: на Фіг. 1 зображений загальний вигляд варіанта тензодатчика з пружним каркасом у вигляді сильфона і балок, ; на Фіг. 2 зображений вигляд збоку варіанта тензодатчика з пружним каркасом у вигляді сильфона і балок, з частковим поздовжнім розрізом; на Фіг. З зображений вигляд зверху варіанта тензодатчика з пружним каркасом у вигляді сильфона і балок; на Фіг. 4 зображений загальний вигляд варіанта тензодатчика з пружним каркасом у вигляді сукупності кілець з балками-перемичками і балок; на Фіг. 5 зображений вигляд збоку варіанта тензодатчика з пружним каркасом у вигляді сукупності кілець з балками-перемичками і балок; на Фіг. 6 зображений вигляд зверху варіанта тензодатчика з пружним каркасом у вигляді сукупності кілець з балками-перемичками і балок; на Фіг. 7 зображений вигляд спереду варіанта тензодатчика з пружним каркасом у вигляді сукупності кілець з балками-перемичками і балок, з частковим поперечним розрізом; на Фіг. 8 зображений вигляд збоку ОВВГР, в якому використано тензодатчик з пружним каркасом у вигляді сильфона і балок; на Фіг. 9 зображений вигляд зверху кращого варіанта ОВВГР, що містить два тензодатчика зVariants of the strain gauge for OVVGR are presented in the drawings, in particular: in Fig. 1 shows the general view of the version of the strain gauge with an elastic frame in the form of a bellows and beams, ; in Fig. 2 shows a side view of a version of the strain gauge with an elastic frame in the form of a bellows and beams, with a partial longitudinal section; in Fig. C shows the top view of the version of the strain gauge with an elastic frame in the form of a bellows and beams; in Fig. 4 shows the general view of the version of the strain gauge with an elastic frame in the form of a set of rings with jumper beams and beams; in Fig. 5 shows a side view of a version of the strain gauge with an elastic frame in the form of a set of rings with jumper beams and beams; in Fig. 6 shows a top view of a version of the strain gauge with an elastic frame in the form of a set of rings with jumper beams and beams; in Fig. 7 shows the front view of the version of the strain gauge with an elastic frame in the form of a set of rings with cross-beams and beams, with a partial cross-section; in Fig. 8 shows a side view of the OVVGR, which uses a strain gauge with an elastic frame in the form of a bellows and beams; in Fig. 9 shows a top view of the best version of the OVVGR, which contains two strain gauges with
Зо пружними каркасами у вигляді сильфона і балок.With elastic frames in the form of bellows and beams.
Тензодатчик для ОВВГР, представлений на Фіг. 1, 2 та З включає гнучку пружну трубу, виконану у вигляді втулки з полімерного матеріалу 1, розташовану всередині пружного каркаса виконаного у вигляді сильфона 7 і балок 2 з чутливими до деформації поверхнями 3, засоби вимірювання деформації у вигляді тензометричних перетворювачів 4, встановлених на чутливі до деформації поверхні З балок 2, вхідний 5 і вихідний 6 засоби приєднання з наскрізними отворами, причому тензодатчик виконаний з можливістю приєднання вхідним засобом приєднання 5 до вхідного трубопроводу і вихідним засобом приєднання 6 - до потокочутливої труби з максимальним суміщенням відповідних отворів. Втулка 1 виконана з можливістю герметичного приєднання до вхідного 5 і вихідного б засобів зі співвісним розташуванням суміжних отворів, а балки 2 жорстко з'єднані з вхідним і вихідним засобами приєднання і розташовані таким чином, що запобігають деформації тензодатчика у вертикальному напрямку при розтягуванні чи стисканні втулки.The strain gauge for OVVGR, presented in Fig. 1, 2 and З includes a flexible elastic pipe made in the form of a sleeve made of polymer material 1, located inside an elastic frame made in the form of a bellows 7 and beams 2 with deformation-sensitive surfaces 3, means for measuring deformation in the form of strain gauge transducers 4 installed on sensitive to the deformation of the surface of beams 2, input 5 and output 6 means of connection with through holes, and the strain gauge is made with the possibility of connecting the input means of connection 5 to the input pipeline and the output means of connection 6 to the flow-sensitive pipe with the maximum combination of the corresponding holes. Bushing 1 is made with the possibility of hermetic connection to the input 5 and output b means with a coaxial arrangement of adjacent holes, and beams 2 are rigidly connected to the input and output means of connection and are located in such a way as to prevent deformation of the load cell in the vertical direction when the sleeve is stretched or compressed .
При цьому за рахунок того, що чутливі до деформації поверхні З розташовані посередині балок 2 на однаковій відстані від вхідного 5 і вихідного б засобів приєднання, напружень, які виникають в тілі втулки 1 під час деформації, розподіляється вздовж усієї її довжини.At the same time, due to the fact that the deformation-sensitive surfaces C are located in the middle of the beams 2 at the same distance from the input 5 and output b means of attachment, the stresses that arise in the body of the sleeve 1 during deformation are distributed along its entire length.
На Фіг. 2, де виконано частковий фронтальний розріз, добре видно, що втулка 1 має гладку внутрішню поверхню, яка виключає забиття брудом і сміттям потоку. При цьому втулка 1 прикріплена до гофрів 8 сильфона 7, таким чином, що під час деформації її рух додатково обмежений пружними властивостями сильфона.In Fig. 2, where a partial frontal cut is made, it is clearly visible that the sleeve 1 has a smooth inner surface, which excludes the clogging of the flow by dirt and debris. At the same time, the sleeve 1 is attached to the corrugations 8 of the bellows 7, so that during deformation, its movement is additionally limited by the elastic properties of the bellows.
Далі, на Фіг. 4-7 представлений варіант тензодатчика для ОВВГР, де пружний каркас тензодатчика виконаний у вигляді балок 2 з чутливими до деформації поверхнями З і сукупності кілець 9, з'єднаних балками-перемичками 10, площина симетрії яких співпадає з горизонтальною площиною симетрії кілець 10. Така конструкція пружного каркаса так само забезпечує рівномірне розподілення вздовж всієї довжини втулки 1 напружень, які виникають в її тілі під час деформації.Next, in Fig. 4-7 presents a version of the strain gauge for OVVGR, where the elastic frame of the strain gauge is made in the form of beams 2 with deformation-sensitive surfaces C and a set of rings 9, connected by beams-bridges 10, the plane of symmetry of which coincides with the horizontal plane of symmetry of the rings 10. This design of the elastic frame also ensures uniform distribution along the entire length of the sleeve 1 of the stresses that arise in its body during deformation.
На Фіг. 8 представлений ОВВГР, що містить варіант тензодатчика з сильфоном згідно з Фіг. 1-3. Цей ОВВГР має тензодатчик 11, жорстко приєднану до нього пряму потокочутливу трубу 12 з відкритим вихідним кінцем і вимірювальний прилад 13, до входів якого підключені виходи тензометричних перетворювачів 4. Причому тензодатчик 11 деформується під дією бо потокочутливої труби 12. Якщо трубопровід не є нерухомою відносно землі опорою, вхідний засіб приєднання може бути приєднаний до додаткової жорсткої нерухомої опори 14, як показано на цьому кресленні.In Fig. 8 presents the OVVGR, which contains a version of the strain gauge with a bellows according to Fig. 1-3. This OVVGR has a strain gauge 11, a straight flow-sensitive pipe 12 with an open outlet end rigidly connected to it, and a measuring device 13, to the inputs of which the outputs of the strain gauge transducers 4 are connected. Moreover, the strain gauge 11 is deformed under the action of the flow-sensitive pipe 12. If the pipeline is not stationary relative to the ground support, the input attachment means can be attached to an additional rigid fixed support 14, as shown in this drawing.
На Фіг. 9 представлений кращий варіант ОВВГР, в якому потокочутлива труба має О-подібну форму. При цьому вимірювач містить перший тензодатчик 11 і аналогічний йому другий тензодатчик 11". Вхідний засіб приєднання 5' другого тензодатчика 11" виконаний з вихідним засобом приєднання б першого тензодатчика 11 у вигляді однієї деталі і при цьому жорстко приєднаний до потокочутливої труби 12. Вихідний засіб приєднання 6' другого тензодатчика 11!" виконаний з вхідним засобом приєднання 5 першого тензодатчика 11 у вигляді однієї деталі з можливістю приєднання до вихідного трубопроводу (не показаний).In Fig. 9 presents a better version of the OVVGR, in which the flow-sensitive pipe has an O-shaped shape. At the same time, the meter contains the first strain gauge 11 and a similar second strain gauge 11". The input connection means 5' of the second strain gauge 11" is made with the output connection means b of the first strain gauge 11 in the form of one part and is rigidly connected to the flow-sensitive pipe 12. The output connection means 6' of the second strain gauge 11" is made with the input connection means 5 of the first strain gauge 11 in the form of one part with the possibility of connection to the output pipeline (not shown).
В цьому варіанті ОВВГР пружний каркас першого тензодатчика 11 включає сильфон 7 і балку 2 з тензометричними перетворювачами 4. Так само другий тензодатчик 11! має каркас, що включає сильфон 7" та балку 2 з тензометричними перетворювачами 4". Балки з 2 та 2' виконані таким чином, що їх чутливі до деформації поверхні знаходяться посередині.In this version of the OVVGR, the elastic frame of the first strain gauge 11 includes a bellows 7 and a beam 2 with strain gauge transducers 4. Likewise, the second strain gauge 11! has a frame that includes a 7" bellows and a beam 2 with 4" strain gauges. Beams 2 and 2' are made in such a way that their deformation-sensitive surfaces are in the middle.
Таке виконання 2 та 2! балок і їх розташування відносно сильфонів 7 та 7", передбачає, що вихідний засіб приєднання 6 і вхідний засіб приєднання 5", виконані як одна деталь, мають змогу повертатися під час деформації тензодатчика тільки навколо осі, віддаленої від засобів приєднання 6 і 5' та засобів приєднання 5 та 6' на однакову відстань. Таким чином деформація втулок, що знаходяться всередині сильфонів 7 та 7", обмежена деформацією чистого згинуIt's a 2 and 2 performance! beams and their location relative to the bellows 7 and 7", assumes that the output means of connection 6 and the input means of connection 5" are made as one part, can turn during deformation of the strain gauge only around an axis remote from the means of connection 6 and 5' and connecting means 5 and 6' at the same distance. Thus, the deformation of the bushings located inside the bellows 7 and 7" is limited to the deformation of pure bending
Далі описаний принцип роботи ОВВГР, представленого на Фіг. 8, у складі якого так само може бути використаний варіант тензодатчика з сукупністю кілець, показаних на Фіг. 4-7.Next, the principle of operation of the OVVGR, presented in Fig. 8, in the composition of which a version of the strain gauge with a set of rings shown in Fig. can also be used. 4-7.
Для початку роботи ОВВГР приєднується вхідним засобом приєднання 5 тензодатчика 11 до вхідного трубопроводу, з якого подається потік рідини. Коли потік рідини проходить крізь потокочутливу трубу, тензодатчик 11 починає деформуватися під дією її ваги. Зокрема починає деформуватися пружний каркас і розташована в ньому втулка 1. При цьому пружний каркас, виконаний у представлених на кресленнях варіантах у вигляді балок 2 і сильфона (у варіанті згідно з Фіг. 1-3, 8) або балок і сукупності кілець, з'єднаних балками-перемичками, (у варіанті згідно з Фіг. 4-7) обмежує деформацію втулки 1 таким чином, що ця деформація являє собою чистий згин. При цьому відбувається рівномірне розподілення деформації в шарах матеріалу, рівновіддалених від нейтрального шару пружного каркаса. У зазначених варіантах виконанняTo start operation, the OVVGR is connected to the input pipeline, from which the flow of liquid is supplied, through the input means of connection 5 of the strain gauge 11. When the flow of liquid passes through the flow-sensitive pipe, the strain gauge 11 begins to deform under the influence of its weight. In particular, the elastic frame begins to deform and the sleeve 1 is located in it. At the same time, the elastic frame, made in the versions presented in the drawings in the form of beams 2 and bellows (in the version according to Fig. 1-3, 8) or beams and a set of rings, with connected by jumper beams, (in the variant according to Fig. 4-7) limits the deformation of the sleeve 1 in such a way that this deformation is a pure bend. At the same time, there is a uniform distribution of deformation in the layers of the material equidistant from the neutral layer of the elastic frame. In the specified execution options
Зо тензодатчика нейтральний шар пружного каркаса співпадає з його горизонтальною площиною симетрії.From the strain gauge, the neutral layer of the elastic frame coincides with its horizontal plane of symmetry.
Далі коли потік рідини заповнює весь об'єм потокочутливої труби 12, стає можливим вирахувати густину рідини, знаючи її залежність від деформації, яку спричиняє вага заповненої потокочутливої труби. Для цього тензометричні перетворювачі, які реагують на деформацію чутливих поверхонь З балок 2, передають сигнал до вимірювального приладу 1, де він обробляється відомим у цій галузі чином, наприклад, отримуючи величину електронної напруги, яка далі вимірюється, в результаті чого визначається густина відповідно до встановленої наперед залежності. Чистий згин втулки 1 означає, що під час її деформації напруження однакові по всій її довжині і жодна ділянка втулки не містить локального максимуму напружень.Next, when the flow of liquid fills the entire volume of the flow-sensitive pipe 12, it becomes possible to calculate the density of the liquid, knowing its dependence on the deformation caused by the weight of the filled flow-sensitive pipe. For this, the strain gauge transducers, which respond to the deformation of the sensitive surfaces of the C beams 2, transmit the signal to the measuring device 1, where it is processed in a manner known in the field, for example, obtaining the value of the electronic voltage, which is then measured, as a result of which the density is determined according to the set forward dependencies. The pure bending of sleeve 1 means that during its deformation the stresses are the same along its entire length and no part of the sleeve contains a local maximum of stresses.
При такій роботі ефект пружної релаксації, властивий для полімерного матеріалу, мінімізується, і тензодатчик зберігає високу точність вимірювання густини рідини впродовж всього визначеного строку своєї експлуатації.With such work, the effect of elastic relaxation, characteristic of a polymer material, is minimized, and the strain gauge maintains high accuracy of liquid density measurement throughout the specified period of its operation.
Згідно з цим винаходом були виготовлені ОВВРГ з використанням представлених на кресленнях варіантів тензодатчиків. Завдяки описаним конструкціям пружного каркасу у виробах було забезпечене рівномірне розподілення вздовж всієї довжини втулки напружень, які виникають в її тілі під час деформації. У виробах була використана втулка з полімерного матеріалу з прохідним діаметром 70 мм і товщиною З мм. За результатами тестування виробів похибка вимірювання густини рідини склала не більше 0,5 95. Внаслідок відсутності порожнин, які можуть забиватися у разі наявності в потоці рідини твердих домішок, похибка вимірювання з часом практично не змінюється.According to this invention, OVVRG were manufactured using the variants of strain gauges presented in the drawings. Thanks to the described structures of the elastic frame in the products, uniform distribution along the entire length of the sleeve of the stresses that arise in its body during deformation was ensured. In the products, a sleeve made of polymer material with a passage diameter of 70 mm and a thickness of 3 mm was used. According to the results of product testing, the measurement error of the liquid density was no more than 0.5 95. Due to the absence of cavities that can become clogged in the presence of solid impurities in the liquid flow, the measurement error practically does not change over time.
Таким чином створений тензодатчик і ОВВГР на його основі дозволяють уникнути зниження точності вимірювань з плином часу за рахунок використання в якості гнучкої пружної труби замість сильфона втулки з полімерного матеріалу, які при цьому забезпечують високу точність вимірювання густини рідини, не зважаючи на недосконалі пружні властивості матеріалу, з якого виготовлена втулка.The strain gauge created in this way and the OVVGR based on it make it possible to avoid a decrease in the accuracy of measurements over time due to the use of a sleeve made of polymer material as a flexible elastic pipe instead of a bellows, which at the same time provides high accuracy in measuring the density of the liquid, regardless of the imperfect elastic properties of the material. from which the sleeve is made.
Claims (16)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201908380A UA123611C2 (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | TENSOR FOR VOLUME-WEIGHT MEASUREMENT OF LIQUID DENSITY AND VOLUME-WEIGHT MEASURER OF LIQUID DENSITY ON ITS BASIS |
| BR112021025886A BR112021025886A2 (en) | 2019-07-17 | 2020-05-12 | Extensometer for a densimeter for measuring the specific mass of liquids and densimeter for measuring the specific mass of liquids based on said extensometer. |
| CA3189594A CA3189594A1 (en) | 2019-07-17 | 2020-05-12 | Load cell for a volume-mass liquid density meter and volume-mass liquid density meter based thereon |
| PCT/UA2020/000051 WO2021010933A1 (en) | 2019-07-17 | 2020-05-12 | Strain gauge for a volume-mass liquid density meter and volume-mass liquid density meter based thereon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201908380A UA123611C2 (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | TENSOR FOR VOLUME-WEIGHT MEASUREMENT OF LIQUID DENSITY AND VOLUME-WEIGHT MEASURER OF LIQUID DENSITY ON ITS BASIS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA123611C2 true UA123611C2 (en) | 2021-04-28 |
Family
ID=74210727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201908380A UA123611C2 (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | TENSOR FOR VOLUME-WEIGHT MEASUREMENT OF LIQUID DENSITY AND VOLUME-WEIGHT MEASURER OF LIQUID DENSITY ON ITS BASIS |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BR112021025886A2 (en) |
| CA (1) | CA3189594A1 (en) |
| UA (1) | UA123611C2 (en) |
| WO (1) | WO2021010933A1 (en) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT353039B (en) * | 1976-11-29 | 1979-10-25 | Kratky Otto Dipl Ing Dr Dr H C | DEVICE FOR MEASURING DENSITY |
| US4374474A (en) * | 1981-03-09 | 1983-02-22 | Halliburton Company | Pressurized density measuring apparatus |
| SU1029045A1 (en) * | 1981-12-11 | 1983-07-15 | Предприятие П/Я А-3732 | Densitometer |
| US4644803A (en) * | 1983-06-21 | 1987-02-24 | Quartztronics, Inc. | Force measurement apparatus and method |
| JPH03128433A (en) * | 1989-10-13 | 1991-05-31 | Seiho Kogyo Kk | Specific gravity measuring instrument and liquid adjusting system using same instrument |
| UA92629C2 (en) * | 2008-08-08 | 2010-11-25 | Сергей Всеволодович Ковалюх | Strain indicator for liquid density volumetric-weight measuring device and liquid density volumetric-weight measuring device on its basis |
| UA109456C2 (en) * | 2013-05-08 | 2015-08-25 | TENSOR FOR VOLUME-WEIGHT MEASUREMENT OF DENSITY OF LIQUID AND VOLUME-WEIGHT MEASURER OF DENSITY OF LIQUID ON ITS BASIS |
-
2019
- 2019-07-17 UA UAA201908380A patent/UA123611C2/en unknown
-
2020
- 2020-05-12 CA CA3189594A patent/CA3189594A1/en active Pending
- 2020-05-12 BR BR112021025886A patent/BR112021025886A2/en unknown
- 2020-05-12 WO PCT/UA2020/000051 patent/WO2021010933A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021010933A1 (en) | 2021-01-21 |
| CA3189594A1 (en) | 2021-01-21 |
| BR112021025886A2 (en) | 2022-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2183078A (en) | Strain gauge | |
| US20080141789A1 (en) | Method and device for compensation for influences, which interfere with the measurement accuracy, in measurement devices of the vibration type | |
| CN107709951B (en) | Device for measuring the pressure of a fluid flowing through a line | |
| CN103052868A (en) | Coriolis mass flowmeter and method for operating a coriolis mass flowmeter | |
| US10295450B2 (en) | Apparatus and methods for determining gravity and density of solids in a liquid medium | |
| JP6336122B2 (en) | Apparatus and method for detecting asymmetric flow in an oscillating flow meter | |
| CN105651361A (en) | Automatic pressure regulation, detection and calibration device and method for ultrasonic water meter | |
| US8746079B2 (en) | Mass flow sensor and method for determining the mass flow in a pipe | |
| KR20150091136A (en) | Detection of a change in the cross-sectional area of a fluid tube in a vibrating meter by determining a lateral mode stiffness | |
| JP5999725B2 (en) | Mass flow meter | |
| US2459542A (en) | Density measuring apparatus | |
| CN107631773A (en) | Method and flowrate measuring tool for operating flux measuring instrument | |
| UA123611C2 (en) | TENSOR FOR VOLUME-WEIGHT MEASUREMENT OF LIQUID DENSITY AND VOLUME-WEIGHT MEASURER OF LIQUID DENSITY ON ITS BASIS | |
| KR102545945B1 (en) | Flow control system and flow measurement method | |
| CA1329014C (en) | Apparatus and method for measuring mass flow and density | |
| KR20220128442A (en) | How to Correct Rheometer Variables | |
| García-Berrocal et al. | The Coriolis mass flow meter as a volume meter for the custody transfer in liquid hydrocarbons logistics | |
| US10539442B2 (en) | Fluid momentum detection method and related apparatus | |
| CN102012251B (en) | Method and device for detecting additives, abrasion or corrosion on wall of vibrating tube of Coriolis mass flowmeter | |
| RU2635342C2 (en) | Strain gauge for volume-weight liquid density meter and volume-weight liquid density meter on its basis | |
| GB2545125A (en) | Flow meter | |
| CN110361447A (en) | Diagnostic device | |
| Zaaraoui et al. | High accuracy volume flow rate measurement using vortex counting | |
| US10962397B2 (en) | Method for pressure measurement using a Coriolis mass flowmeter and Coriolis mass flowmeter | |
| UA92629C2 (en) | Strain indicator for liquid density volumetric-weight measuring device and liquid density volumetric-weight measuring device on its basis |