Способ измерения массового расхода среды

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1619044

А1 (gg)g G 01 F )/73

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4371523/10 (22) 0).02,88 (46) 07.01.91. Вюл. !1- 1 (71) Ярославский политехнический институт (72) IO.П.Жуков и А.И.Флегонтов (53) 68).1 21 (088.8) (56) Патент CIIIA ))- 4622858, кл. G Ol F !/34, 1936.

Авторское свидетельство СССР

)) )008617, кл. С 01 F 1/78, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ))АССОВОГО РАСХОДА СРЕДЫ (57) Изобретение относится к расходометрии и позволяет повысить точность измерения массового расхода среды при вибрационных измерениях

2 на основе эффекта Кориолиса. В потоке среды размещают трубчатый механический резонатор 1 и возбуждают его вынужденные колебания в направлении, перпендикулярном скорости потока контролируемой среды. Там же в потоке размещают второй идентичный первому резонатор 2 и возбуждают его автоколебания на любой собственной форме колебаний. Частоту вынужденных колебаний первого резонатора 1 корректируют в соответствии с изменениями резонансной частоты второго резонатора 2. По периоду появления пучностей на второй собственной форме колебаний первого резонатора судят о вели— чине массового расхода среды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

16! 9044

1О

20

30

40

Изобретение относится к измери— тельной технике, а именно к вибра— ционным способам измерения массового расхода на основании эффекта Кариолиса, и может быть использовано для создания автоматических измерителей массового расхода различных средств в химической, нефтехимической, пищевой H других отраслях промьш ленности.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа измерения; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства; на фиг.3 — формы колебаний резонатора.

Устройство для реализации способа (фиг.1) содержит два одинарных трубчатых резонатора 1 и 2, концы которых закреплены в неподвижных основаниях 3 — 5, л также последовательна соединенные приемник б колебаний, усилитель 7, умножитель 8 частоты, усилитель 9, возбудитель 10 колеба— ний. Кроме того, в состав устройства входят возбудитель 11 колебаний, подключенный к выходу усилиФеля 7, и промежуточный преобразователь 12, выход которого соединен с входом вторичного прибора 13, л входы подключены к выходам приемника 14 колебаний и блока 15 сравнения. На входы последнего поступают сигналы с приемников 16 и 17 колебаний. Пиниями !

8 и 19 схематично паказлн вид коле- . баний резонаторов нл первой собственной форме калеблний, а линией

20 — на второй собственной форме колебаний. Трубки 1 и 2 выполнены из одного материала и имеют одинаковые геометрические размеры с тем, что их резонансные члстоты колебаний совпадают. Приемники 6 и 14 и возбудители

10 и 11 колебаний расположены вблизи резонаторов нл равном расстоянии от закрепленных концов, т.е. в пуч— ности первой собственной формы колебаний, л приемники 16 и 17 размещены вблизи резонатора 2 симметрично относительно его середины и H;l p;1c стоянии около четверти длины резона— тора от его концов, т.е, в пучнасти второй сo5(твсиной фарм»1 колебаний.

Приемники 16 и 17 (например, катушки электромагнитов) сфлзированы таким образом, что сигналы, наводимые в них колебаниями резонатора 2 нл перной собственной форме колебаний, синфазны, при этом сигналы, наводимые колебаниями на второй собственной форме колебаний, противафазны.

Способ реализуется следующим образом.

Трубчатый резонатоР 1 приводится в режим автоколебаний на первой собственной форме системой возбуждения, включающей усилитель 7, приемник б и возбудитель !1 колебаний.Сигнал U,i с выхода усилителя 7 поступает HQ вход умножителя 8 частоты,где его частота умножается на постоянный коэффициент, равный отношению резонансных частот первой и второй форм колебаний резонаторов 1 и 2 и, таким образом, становится рлвной резонансной частоте второй собственной формы колеблний резонаторов, Полученный сигнал через усилитель 9 подается на возбудитель 10, вызывающий вынужденные колебания резонатора 2 на первой собственной форме с частотой, равной текущему значению резонансной частоты второй собственной формы колебаний. Эти колебания резонатора фиксируются приемником 14. В блоке

15 сравнения производится выделение временного интервала между моментами достижения входными сигналами U< и

U определенного амплитудного значения (например, нулевого) . В промежуточном преобразователе 12, выпал— ненном на базе микропроцессора или другого вычислительного устройства, осуществляется обработка сигналов

U 4 и U g (фиг. 2) в соответствии с градуировочной характеристикой прибо-. ра, а информация об измеренном значении массового расхода выводится нл вторичный прибор 13. В отсутствие потока контролируемой среды силы инерции Кориалиса на резонатор 2 не действуют, в результате чего он совершает колебания только на первой собственной форме и выходные сигналы приемников 16 и 17 синфазны и равны по амплитуде. Временной интервал между моментами достижени сигналами

U и U y определенного амплитудного значения (например, нулевого) рав ен нулю.

При протекании контролируемой среды резонатор 2 совершает вынужденные колебания на первой собственной форме иод действием возбуждающей силы (линия 19, фиг ° 1 и 3) и резонансные

AQg cosQt

x=0 ний;

2 ((»

Y(х) x=L х=О

dY(х) — О.

dx х

В

И а

68

aL

12В ф а1,2

3

+ --- х — х cos(»)t.

2 Э 3 2 х +- — -х

1,г L

5Π— х со s(») t, 9 к

2 2»

L 2

+ - — х + Yix + N

1 (5) 5

161 колебания на второй собственной фор-, ме колебаний под действием сил инерции Кориолиса (линия 20, фиг.1 и 3).

Уравнение движения резонатора на первой собственной форме колебаний имеет вид

А

Y = --- (1 — cos ах) sinOt» (1)

2 где A — амплитуда вынужденных колеба1 — длина резонатора;

Я = 2111 — круговая частота колебаний, f — частота колебаний.

На участок резонатора, имеющий длину dx и содержащий внутри контролируемую жидкость с погонной массой

m (фиг.3), действует сила инерции

Кориолисà dF<;

d y .E = 2mV —-- (2)

dxdt где V — скорость движения среды; время;

mV

= Q И вЂ” массовый расход среды; х — координата длины трубки.

Подставив в выражение (2) значение 7 из уравнения (1), получают

1 „= AQQQ sinaxcos63tdx. (3) Для малых деформаций уравнение упругой линии под действием сил инерции Кориолиса имеет вид

dã Г de 1 ак

ЕХ (4) ах2 L dx2. 1 dxx где Š— модуль упругости материала резонатора;

4- 4

I = ----(D -й ) — момент инерции се64 чения резонатора;

D u d — i наружный и внутренний диаметры резонатора соответственно, В результате решения уравнения (4) получают

1 1 В . К 3

Y = — — — ---г — sin ах+ — — х +

EI L аг

9044 где R»L, .1,!1 — пост янные интегрирования;

Постоянные интегрирования находят из граничных условий, определяющихся.условиями закрепления. Для жесткого закрепления концов резонатора имеют

20 Тогда постоянные интегрирования

N = О;

Подставив полученные значения постоянных интегрирования в уравнение (5), имеют

АЯО м 2 3 у = — — — — ---,sinax — — — х.

Е?а2 а

Так как колебания под действием сил инерции Кориолиса происходят в резо—

4p . нансе, то их амплитуда возрастает в

Я раз» где Q — величина механической добро:ности резонатора.

Тогда уравнение (6) примет вид !

0%0@ Г 1

45 sinax—

ЕТа2 а

Таким образом, выходной сигнал П2 приемника 16 колебаний можно представить (фиг.2) в виде суммы двух сос55 тавляющих, сдвинутых по фазе на

И

16!9044, Ь где U - выходной сигнал приемника

2.

l6 в результате колебаний резонатора 2 под действием возбуждающей силы; к выходной сигнал приемника

16 в результате колебаний резонатора 2 под действием сил инерции Кориолиса.

С учетом выражений (1) и (7) пере- lp писывают уравнение (8) в виде

ОАЮО м 1

5 с = — „--" — — — sin ах—

KIaZ а

x).

3 2

+ --.— — х

2 — х

-„г

1 . 2 Э

2оХЯ (- — sinax — — -- x +

M a а х) — — х

Ь (1n) Ц = 2 arctg

EIa (1 — cosax) 2р или для маяых фазовых сдвигов

К! ЬЧ

Я вЂ” t

M g 2 (!2) т

EIa (1 — cosax) (12) где К— ! р. 1 . 2 3 3

4иО(- — sinax — ---- х +--а L

2 х х) 30

32 ff EI

К

QL> (16 — 3 и ) (1 3) .40

Использование предлагаемого спосо— ба измерения массового расхода обеспечивает уменьшение погрешности измерения и, следовательно, снижение потерь в результате более точного учета и нормирования расхода сырья и выхода готовой продукции в различных технологических процессах.

Вор мул аизобретения

1. Способ измерения массового расхода среды, протекающей через трубчатый механический резонатор,заключающийся в возбуждении вынужденных отли— тем, что о велирасхода среды

U2 = bsin Q t + ccos(jt, (9) Из выражения (10) получают значение массового расхода

В случае установки приемников !

6 и 17 в пучностях второй собственной формы колебаний разонатора 2, L т,е. для х

Если измеря.ть временной интервал между моментами достижения выходными сигналами U и U определенного амплитудного значения (например, нулевого), то с учетом того, что

ДЦ =Щ t получают м < f (14) А где b = — — (! — cosax);

Тогда фазовый сдвиг Д(сигналов

U и U приемников 16 и 17 колебаний определяют как колебаний резонатора в направлении, перпендикулярном .скорости потокa контролируемой среды, на первой собственной форме колебаний с частотой,равной резонансной частоте второй собственной формы колебаний,и измерении параметров этих колебаний, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, возбуждают автоколебания второго идентичного резонатора, через который протекает контролируемая среда, на любой собственной форме колебаний определяют резонансную частоту второй собственной формы колебаний второго резонатора, корректируют частоту вынужденных колебаний первого резонатора в соответствии с изменением резонансной частоты второго резонатора, а о величине массового расхода среды судят по временному интервалу между . моментами прохождения через фиксированное положение двух точек первого резонатора, расположенных в пучностях второй собственной формы колебаний °

f

2. Способ по ч ающий с я чине массовorо

10 . 619044

Ц 5

Фиг.2 судят по сдвигу фаз колебаний двух точек первого резонатора, расположенных в пучностях второй собственной формы колебаний, деленному на частоту колебаний первого резона— тора, 1б19044

Фиг.8

Составитель В.Ярыч

Техред А.Кравчук

Редактор A.Áoáêoíà

Корректор С.йекмар

Тираж 427

Заказ 1134

Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101