UA123611C2 - Тензодатчик для об'ємно-вагового вимірювача густини рідини і об'ємно-ваговий вимірювач густини рідини на його основі - Google Patents

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. 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.

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.

Найближчим аналогом технічного рішення, що заявляється, є тензодатчик і ОВВГР на його основі, описані в патенті України Мо 109456, опубл. 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.

Недоліком наведеного тензодатчика-аналога є те, що з плином часу у нього зменшується

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Зазначене поєднання елементів тензодатчика є достатнім для усунення необхідності використання сильфона, гофри якого можуть забиватися різним сміттям, і збереження високої

Зо точності вимірюваних показників, уникаючи негативного впливу ефекту релаксації втулки з полімерного матеріалу.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Також з аналога відоме використання як гнучкої пружної труби сильфона замість полімерної втулки, щоб уникнути негативного впливу пружних недосконалостей полімерного матеріалу.

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.

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 техніки

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Також одним з кращих варіантів винаходу є тензодатчик, який містить датчик температури.

Врахування показників такого датчика, додатково підключеного до вимірювального приладу, дозволяє зменшити похибку вимірювань, яку може викликати змінна температура потоку.

Далі описується конструкція вимірювача, який дозволяє вирішити поставлену у цьому винаході задачу усунення недоліків ОВВГР за аналогом, де використання сильфона з часом

Зо призводить до втрати точності вимірювань.

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.

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 отримати

ОВВГР, що забезпечує високу точність вимірювань впродовж значно довшого строку експлуатації ніж відомий аналог.

Кращі варіанти ОВВГР можна отримати за рахунок розкритих раніше в цій заявці вдосконалень тензодатчика, що в ньому використовується.

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.

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.

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.

Ще кращим вдосконаленням попереднього варіанта, яке дозволяє отримати більш компактний ОВВГР, є виконання сукупності кілець пружного каркаса першого тензодатчика вмонтованими в тіло втулки.

У одному з конкретних варіантів виконання ОВВГР потокочутлива труба виконана прямою, що виключає її відхилення під впливом швидкості потоку рідини.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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...

Подальше вдосконалення ОВВГР забезпечує більший строк експлуатації за рахунок того, що принаймні в одному тензодатчику втулка виконана з абразивостійкого полімерного бо матеріалу.

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.

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.

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.

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 з

Зо пружними каркасами у вигляді сильфона і балок.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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 згину

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.

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 виконання

Зо тензодатчика нейтральний шар пружного каркаса співпадає з його горизонтальною площиною симетрії.

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.

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.

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.

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.

Claims (16)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Тензодатчик для об'ємно-вагового вимірювача густини рідини, який включає гнучку пружну бо 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 у вигляді втулки з полімерного матеріалу 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, який відрізняється тим, що пружний каркас включає сильфон та балки з чутливими до деформації поверхнями, на яких встановлено засоби вимірювання деформації у вигляді тензометричних перетворювачів, причому сильфон жорстко з'єднаний з вхідним і вихідним засобами приєднання, втулку розміщено всередині сильфона і жорстко прикріплено до його гофрів, балки розміщено зовні сильфона паралельно втулці і жорстко з'єднано з вхідним та вихідним засобами приєднання, а чутливі до деформації поверхні кожної балки знаходяться посередині на однаковій відстані від вхідного і вихідного засобів приєднання.

2. Тензодатчик за п. 1, який відрізняється тим, що містить датчик температури.

3. Тензодатчик 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 у вигляді втулки з полімерного матеріалу 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, який відрізняється тим, що пружний каркас включає сукупність кілець, з'єднаних балками-перемичками, площина симетрії яких співпадає з горизонтальною площиною симетрії кілець, та балки з чутливими до деформації поверхнями, на яких встановлено засоби вимірювання деформації у вигляді Зо тензометричних перетворювачів, причому сукупність кілець жорстко з'єднана з вхідним і вихідним засобами приєднання, втулку розміщено всередині сукупності кілець і жорстко прикріплено до кожного кільця, балки з чутливими до деформації поверхнями розміщено зовні сукупності кілець паралельно втулці і жорстко з'єднано з вхідним і вихідним засобами приєднання, а чутливі до деформації поверхні кожної балки знаходяться посередині на однаковій відстані від вхідного і вихідного засобів приєднання.

4. Тензодатчик за п. 3, який відрізняється тим, що сукупність кілець, з'єднаних балками- перемичками, вмонтована в тіло втулки.

5. Тензодатчик за п. З або 4, який відрізняється тим, що містить датчик температури.

б. Об'ємно-ваговий вимірювач густини рідини, який включає потокочутливу трубу, вимірювальний пристрій та тензодатчик за п. 1.

7. Вимірювач за п. 6, який відрізняється тим, що потокочутлива труба є прямою.

8. Вимірювач за п. 7, який відрізняється тим, що потокочутлива труба має відкритий вихідний кінець.

9. Вимірювач за п. 6, який відрізняється тим, що потокочутлива труба має О-подібну форму, а вимірювач містить два однакових тензодатчики за п. 1, причому вхідний засіб приєднання другого тензодатчика є аналогічним вихідному засобу приєднання першого тензодатчика та жорстко приєднаний до потокочутливої труби, вихідний засіб приєднання другого тензодатчика є аналогічним вхідному засобу приєднання першого тензодатчика і виконаний з можливістю приєднання до вихідного трубопроводу.

10. Вимірювач за п. 9, який відрізняється тим, що потокочутлива труба має О-подібну форму, а вимірювач містить два однакових тензодатчики за п. 1, причому вхідний засіб приєднання другого тензодатчика виконаний з вихідним засобом приєднання першого тензодатчика у вигляді однієї деталі і жорстко приєднаний до потокочутливої труби, а вихідний засіб приєднання другого тензодатчика виконаний з вихідним засобом приєднання першого тензодатчика у вигляді однієї деталі і з можливістю приєднання до вихідного трубопроводу.

11. Об'ємно-ваговий вимірювач густини рідини, який включає потокочутливу трубу, вимірювальний пристрій та тензодатчик за п. 3.

12. Вимірювач за п. 11, який відрізняється тим, що у тензодатчику сукупність кілець, з'єднаних балками-перемичками, вмонтовано у тіло втулки. бо

13. Вимірювач за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що потокочутлива труба є прямою.

14. Вимірювач за п. 13, який відрізняється тим, що потокочутлива труба має відкритий вихідний кінець.

15. Вимірювач за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що потокочутлива труба має О-подібну форму, а вимірювач містить два однакових тензодатчики за п. 3, причому вхідний засіб приєднання другого тензодатчика є аналогічним вихідному засобу приєднання першого тензодатчика та жорстко приєднаний до потокочутливої труби, вихідний засіб приєднання другого тензодатчика є аналогічним вхідному засобу приєднання першого тензодатчика і виконаний з можливістю приєднання до вихідного трубопроводу.

16. Вимірювач за п. 15, який відрізняється тим, що потокочутлива труба має О-подібну форму, а вимірювач містить два однакових тензодатчики за п. 3, причому вхідний засіб приєднання другого тензодатчика виконаний з вихідним засобом приєднання першого тензодатчика у вигляді однієї деталі і жорстко приєднаний до потокочутливої труби, а вихідний засіб приєднання другого тензодатчика виконаний з вихідним засобом приєднання першого тензодатчика у вигляді однієї деталі і з можливістю приєднання до вихідного трубопроводу. Я ЩЗ я х рей А СЯ хо ї Я х й я щі іч Кз Її й коту Ко У й Ж Б У син В к Ї В о БУВ. ГД КВ І у й хі Н У Ов о ту в Ко і нешиш ши ш е нн и З ! М нн ОБ ЗВ ! ! хе ! ї | й. 5 У нн ще . В : іх т Ї Б шо І бок «т х х, КУ хх У х Ка я й 4 ши и ЯК Її й феод х ня йо ГО М, Ковнньннакя ; Уй й з ї їх ті З хх я ї Ще Хот : ї КАХ їм хх ї х БА Її я ; : я ї : Я жі їх ї і М Я СЛ і ї. і; и" що У ї АК ж ьЯ ї їх Я збі і : ї Кох кі ! з Н Мої ї Ж ї І У є х г і Я У Н вче К ке Н "ре які ї Ж сих вк: в с З У У БЕ най їх У Н З ЕНН ЕЕ З і Ко ще ен НК: Ко Ом ВИ М » се нт : Ше жене нен кон ; р У У У ЗЕ шен З сем ЗЕ УНН У й й ще с З ОЗ ї Н ОБР к У УН ї ХЕ 5 ЕЕ: У я тей БОР БІ ! я ; сеї ї З НЕ : , ве ї ї ї ї КЕ: хо і - се ї ОО, те ЗЕ ШЕ НЕ Об ї ї КЕ 33 її її р Й Шк ! СЯ У х ї ІЗ їх У їх «КА тння Ї З КИ НИ у х ; З сови ВІ НШШНК : ; Е й ї їх Ек : ! ОНА; : З ї Ше і ї й Се ї і ; ї Ши : і : і З ї ук, ї : З ї о. СХде : : ! ї й ї ОВ х з: і шк ях : і й ТЕ ІЗ ххх х : ! Мотй ЕОорорттт Ї Е ! т ЩЕ: ЕЕ НЕ МЕНЕ ї У ї З ЕЕ ВН ЧЕ ШЕ , ї її 1 Ї і і З КО РТ Її щу ; З СОБІ БІК: 1. щу ! З ВО БР ЕІ РЕ Б З ОВО БІР щу г, З К ї З РЕА ї що ї х ї ІЗ : 1 КЕ АК 31 : і, и БОРР 5 їх її її Кок. ше хх 1: ШЕ ШЕ ЯН і, 4 БЕ Х ОМЕННЕ У те їх ЗЕ ІН ЗЕ ІНШЕ НЕ НИЕ У ї З хх: 11: УСНЕ ДЕ Ж В х ХЕ їх. 1 А ра 1 І 4 - МО І ІА що КУ КЕ й шишидишеш ши КІ ї РЕЖ ЕЕ й КН хї 43 І КОЖ З ІН я 7 ї їх їх Б НУ ія я Її ! й і хх небу хх їх : : : З ї : з : і ї Ку У ІЗ : у і З ї « В З ї : З ї Е З : : З ї й З ї ; З ї З ї З ї З ї З ї З ї : Коєеєеетстєттсої ; Її ї геееееий

ФГ.

Е; І Її Є дпетееттееттет КЯ У Е ; в -й ї ; нин ; с Я і х і у г х ШЕУ Як : , . Е М ОБ Н й ях ї Шен для у їн Е пе м ї , ї ААААКАЛАААААААЯ . х ще . . ле в х ї М ст я-о | ; х Коня - т і КЕ і " еще я х Мо МА ш . КЕ хі Е Я УРЕ ЯКІ ш Я с Н / ї г ї и х І ' и х І ' и х І ' и х І ' и х І ' и х І ' и х І ' и х І ' и х І ' и х І ' ; і о КЕ їЇ ш ше КЕ З ш щі УРШШНЕ ЯКІ ш Ва КЕ і ш пед ЗЕ ЩЕ ш тек 1 і - КЕ Її а КЕ і З | ! не 5 ї т ш ШЕ і ї ЕКО ТЗ ш 1 ЕН ї п. ЕН ї і ЩЕ ї З ' ї щ їх Е ї щ їх Е ї щ їх Е ї щ їх Е ї щ їх Е ї щ їх Е ї щ їх Е ї щ їх Е КЕ їЇ ш п. ЕН Н і! | хі Е щі і ї п. Ті А х І ' КЕ Я Е ш ще ї т Я ЯКУ ! / КЕ ск ї і і С ; Е ї хжй їн Н СЯ Е; . Ей М фенннннюнннн госссерестссеттеееетттттттвте ' Гннннюнннюння - ж Ба : ! що і ї : ! ! СЯ ! : І ї | й й К- Н ме хуей їх сююжжжжжя ч кецбоююх З й У й ГЯ і З деуї т-