RU200609U1

RU200609U1 - VIBRATION METERING CONVERTER

Info

Publication number: RU200609U1
Application number: RU2020125335U
Authority: RU
Inventors: Алексей Анатольевич Воронцов
Original assignee: Алексей Анатольевич Воронцов
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2020-11-02

Abstract

Полезная модель относится к приборостроению в области измерения плотности и массового расхода жидкостей вибрационным способом в условиях работы с вязкими и абразивными жидкостями, находящимися под высоким давлением, например для использования с цементными и буровыми растворами. Устройство состоит из двух измерительных трубок, расположенных параллельно друг другу, скрепленных между собой узловыми элементами и соединенными с конечными элементами, контроллера, драйвера и одного или двух сенсоров, защитного кожуха. При этом в одном конечном элементе установлен датчик давления с нормализованным выходным сигналом и открытой измерительной мембраной, непосредственно контактирующей с рабочей средой. Технический результат заключается в повышение точности измерений. 2 ил.The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the density and mass flow rate of liquids by a vibration method in conditions of work with viscous and abrasive liquids under high pressure, for example, for use with cement and drilling fluids. The device consists of two measuring tubes located parallel to each other, fastened together by nodal elements and connected to the final elements, a controller, a driver and one or two sensors, a protective casing. In this case, a pressure sensor with a normalized output signal and an open measuring diaphragm is installed in one end element, which is in direct contact with the working medium. The technical result consists in improving the accuracy of measurements. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к приборостроению в области измерения плотности и массового расхода жидкостей вибрационным способом в условиях работы с вязкими и абразивными жидкостями, находящимися под высоким давлением, например для использования с цементными и буровыми растворами.The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the density and mass flow of liquids by means of a vibration method under conditions of work with viscous and abrasive liquids under high pressure, for example, for use with cement and drilling fluids.

Известен вибрационный измеритель (патент РФ на изобретение №2533332, опубл. 20.11.2014, бюл. №32), который включает в себя один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок, и привод, присоединенный к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированный для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах. Вибрационный измеритель также включает в себя один или несколько измерительных преобразователей, присоединенных к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированных для регистрации движения трубопровода. Одна или несколько деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи, снабжены демпфирующим материалом, нанесенным, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.Known vibration meter (RF patent for invention No. 2533332, publ. 20.11.2014, bull. No. 32), which includes one or more pipelines, including an oscillating section and a non-oscillating section, and a drive connected to one pipeline from one or multiple conduits and configured to vibrate the vibrating section of the conduit at one or more drive frequencies. The vibration meter also includes one or more measuring transducers connected to a single conduit from one or more conduits and configured to register the movement of the conduit. One or more parts of the meter, excluding the oscillating section of pipelines, the drive and measuring transducers, are equipped with damping material applied, at least on the surface of the part of the meter for one or more parts of the meter, which reduces one or more resonant vibration frequencies of the part of the meter below one or several drive frequencies.

Недостатком описанного вибрационного измерителя является низкая точность измерения при использовании вибрационного преобразователя под высоким давлением.The disadvantage of the described vibration meter is the low measurement accuracy when using a vibration transducer under high pressure.

Кроме того известен вибрационный измерительный преобразователь (патент РФ на полезную модель №197516, опубл. 12.05.2020, бюл. №14), состоящий из двух измерительных трубок, расположенных параллельно друг другу, скрепленных между собой узловыми элементами и соединенными с конечными элементами, контроллера, драйвера и одного или двух сенсоров, защитного кожуха, при этом в конечном элементе через переходник, содержащий разделительную мембрану и заполненный маслом, установлен датчик давления.In addition, a vibration measuring transducer is known (RF patent for utility model No. 197516, publ. 05/12/2020, bulletin No. 14), consisting of two measuring tubes located parallel to each other, fastened together by nodal elements and connected to finite elements, a controller , a driver and one or two sensors, a protective casing, while a pressure sensor is installed in the end element through an adapter containing a separating membrane and filled with oil.

Недостатком описанного вибрационного измерительного преобразователя, выбранного в качестве прототипа, является низкая точность измерения при использовании вибрационного преобразователя под высоким давлением вплоть до 70 МПа. Точность измерения плотности и массового расхода зависит от точности измерения давления измеряемой среды, так как при высоком давлении среды изменяются размеры и жесткость измерительных трубок. Общая погрешность измерения давления складывается из погрешности измерения самого датчика давления и погрешностей, вносимых изменением свойств материала разделительной мембраны и заполняющего масла от влияния окружающей среды. Особенно заметно влияние температур окружающей и измерительной сред. В условиях эксплуатации замена разделительной мембраны и соответственно заполняющего масла ведет к смещению нулевого значения датчика давления и коэффициента передачи, что приводит к дополнительной погрешности измерения. Даже если датчик давления имеет нормализованный выходной сигнал, то в приведенной конструкции требуется дополнительная калибровка датчика после замены мембраны и масла.The disadvantage of the described vibration measuring transducer, selected as a prototype, is the low measurement accuracy when using a vibration transducer under high pressure up to 70 MPa. The accuracy of measuring density and mass flow depends on the accuracy of measuring the pressure of the measured medium, since at high pressure of the medium, the dimensions and rigidity of the measuring tubes change. The total pressure measurement error is the sum of the measurement error of the pressure sensor itself and errors introduced by changes in the properties of the separating membrane material and filling oil due to the influence of the environment. The influence of the ambient and measuring media temperatures is especially noticeable. Under operating conditions, replacing the seal diaphragm and thus the filling oil leads to a shift in the zero value of the pressure sensor and the transmission coefficient, which leads to an additional measurement error. Even if the pressure sensor has a normalized output signal, in the above design, additional calibration of the sensor is required after replacing the membrane and oil.

Технической задачей полезной модели является повышение точности измерения вибрационного преобразователя при работе под высоким давлением вплоть до 70 МПа.The technical task of the utility model is to improve the measurement accuracy of the vibration transducer when operating under high pressure up to 70 MPa.

Технический результат достигается тем, что вибрационный измерительный преобразователь, состоящий из двух измерительных трубок, расположенных параллельно друг другу, скрепленных между собой узловыми элементами и соединенными с конечными элементами, контроллера, драйвера и одного или двух сенсоров, защитного кожуха, содержит датчик давления с открытой измерительной мембраной и нормализованным выходным сигналом. Открытая измерительная мембрана позволяет датчику давления непосредственно работать с вязкими и абразивными жидкостями, а нормализованный выходной сигнал обеспечивает установленные производителем измерительные характеристики в рабочем диапазоне использования, что позволяет производить замену датчика давления без дополнительных калибровочных операций.The technical result is achieved in that a vibration measuring transducer, consisting of two measuring tubes located parallel to each other, fastened to each other by nodal elements and connected to the final elements, a controller, a driver and one or two sensors, a protective casing, contains a pressure sensor with an open measuring membrane and normalized output signal. The open measuring diaphragm allows the pressure sensor to work directly with viscous and abrasive liquids, and the normalized output signal provides the manufacturer's specified measuring characteristics in the operating range of use, which allows replacing the pressure sensor without additional calibration operations.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен внешний вид вибрационного измерительного преобразователя; на фиг. 2 - вибрационный измерительный преобразователь без защитного кожуха.The utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 shows the appearance of a vibration measuring transducer; in fig. 2 - vibration measuring transducer without a protective casing.

Вибрационный измерительный преобразователь состоит из первой прямой измерительной трубки 1, второй прямой измерительной трубки 2, расположенной параллельно первой, скрепленных между собой узловыми элементами 3, и своими концами вваренными в конечные элементы 4 и 5. В конечном элементе 5 сделано отверстие для установки датчика давления 6. На первой измерительных трубке 1 и второй измерительной трубке 2 закреплены сваркой попарно и соосно кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями для установки электромагнитного драйвера 8 и одного или двух электромагнитных сенсоров 9. В конечные элементы 4 и 5 с помощью конической резьбы устанавливаются переходные элементы 10, на других концах которых закреплены гайка быстроразъемного соединения 11 и винт быстроразъемного соединения 12. Вибрационный измерительный преобразователь закрывается защитным кожухом 13, выполненным из цилиндрической трубы, и закрепленным сваркой с обеих сторон к конечным элементам 4 и 5. На защитном кожухе 13 расположена рамка 14 для крепления контроллера 15 и доступа к электромагнитному драйверу 8 и электромагнитному сенсору 9. На защитном кожухе 13 может быть выполнен один или два лючка 16 с крышками 17 для доступа к одному или обоим электромагнитным сенсорам 9 для монтажа. На защитном кожухе 13 закреплены неразъемным соединением ручки для переноски 18 и 19. К ручке 19 закрепляется защитный кожух датчика давления 20.The vibration measuring transducer consists of a first straight measuring tube 1, a second straight measuring tube 2 located parallel to the first one, fastened together by nodal elements 3, and welded at their ends into end elements 4 and 5. A hole is made in the end element 5 to install a pressure sensor 6 On the first measuring tube 1 and the second measuring tube 2, brackets 7 with threaded holes are fixed by welding in pairs and coaxially for installing an electromagnetic driver 8 and one or two electromagnetic sensors 9. Transition elements 10 are installed in the end elements 4 and 5 using a tapered thread, on the other ends of which are fastened a quick-release nut 11 and a quick-release screw 12. The vibration measuring transducer is closed by a protective casing 13 made of a cylindrical pipe and welded on both sides to the end elements 4 and 5. On the protective casing 13 there is a frame 14 for fastening the controller 15 and access to the electromagnetic driver 8 and the electromagnetic sensor 9. On the protective casing 13, one or two hatches 16 with covers 17 can be made to access one or both electromagnetic sensors 9 for installation. On the protective casing 13, the carrying handles 18 and 19 are fixed with an integral connection. The protective casing of the pressure sensor 20 is fixed to the handle 19.

Вибрационный преобразователь используется следующим образом. На измерительные трубки 1 и 2 надеваются узловые элементы 3, далее концы измерительных трубок 1 и 2 ввариваются в конечные элементы 4 и 5, после этого к трубкам 1 и 2 симметрично относительно середины привариваются узловые элементы 3. На поверхность трубок 1 и 2 в середине, а также с одной или с обеих сторон относительно середины привариваются попарно и соосно кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями. На полученную конструкцию надевается защитный кожух 13, выполненный в виде трубы с рамкой 14 для крепления контроллера 15. Защитный кожух 13 дополнительно может иметь один или два лючка 16 с крышкой 17, которые могут использоваться для доступа к электромагнитным сенсорам 9. Защитный кожух 13 приваривается с одной стороны к конечному элементу 4, а с другой стороны к конечному элементу 5 преобразователя. В конечные элементы 4 и 5 ввинчиваются на конусную резьбу переходники 10, с другой стороны которых установлены гайка 11 и винт 12 быстроразъемного соединения. Конечный элемент 5 выполняется с отверстием, в которое устанавливается датчик давления 6 с нормализованным выходным сигналом и открытой измерительной мембраной. Через рамку 14 и лючки 16 в кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями устанавливаются электромагнитный драйвер 8 и один или два электромагнитных сенсора 9. На одну из измерительных трубок 1 или 2 и на защитный кожух 13 через рамку 14 устанавливаются датчики температуры. Провода от электромагнитного драйвера 8, электромагнитных сенсоров 9 и датчиков температуры заводятся на разъем установленный в рамке 14. На рамку 14 устанавливается контроллер 15 с ответным разъемом. К внешнему разъему контроллера подключается кабель датчика давления 6. Лючки 16 закрываются крышками 17. Принцип действия вибрационного измерительного преобразователя основан на резонансном эффекте механической колебательной системы, состоящей из двух прямых трубок 1 и 2, и на эффекте Кориолиса. Колебания трубок 1 и 2 вибрационного преобразователя возбуждаются электромагнитным драйвером 8. Амплитуда колебаний вибрационного преобразователя стабилизируется по сигналу с одного электромагнитного сенсора 9. Второй электромагнитный сенсор 9 используется для определения задержки фазы колебаний по сравнению с сигналом первого сенсора. Резонансная частота колебаний трубок определяется свойствами механической колебательной системы и зависит от материала, размеров и массы измерительных трубок. Масса измерительных трубок определяется массой материала трубы и массой жидкости. Из частоты колебаний вибрационного преобразователя вычисляется плотность жидкости. Под воздействием высокого давления трубки расширяются, изменяется их объем и жесткость, поэтому в этом случае для точного измерения плотности требуется компенсация показаний от изменения давления. Движение жидкости внутри подобной колебательной системы вносит дополнительную деформацию колебательных трубок и формирует сдвиг фаз колебаний сенсоров пропорциональный скорости движения жидкости. Из сдвига фаз между сигналами сенсоров вычисляется массовый расход жидкости.The vibrating transducer is used as follows. Nodal elements 3 are put on the measuring tubes 1 and 2, then the ends of the measuring tubes 1 and 2 are welded into the final elements 4 and 5, after that the nodal elements 3 are welded to the tubes 1 and 2 symmetrically relative to the middle. On the surface of tubes 1 and 2 in the middle, and also from one or both sides relative to the middle, brackets 7 with threaded holes are welded in pairs and coaxially. A protective casing 13 is put on the resulting structure, made in the form of a pipe with a frame 14 for attaching the controller 15. The protective casing 13 can additionally have one or two hatches 16 with a cover 17, which can be used to access the electromagnetic sensors 9. The protective casing 13 is welded with on one side to the end element 4 and on the other side to the end element 5 of the converter. The end elements 4 and 5 are screwed onto the tapered thread of the adapter 10, on the other side of which the nut 11 and the screw 12 of the quick-release connection are installed. The end element 5 is made with a hole in which a pressure sensor 6 with a normalized output signal and an open measuring diaphragm is installed. An electromagnetic driver 8 and one or two electromagnetic sensors 9 are installed through the frame 14 and hatches 16 into brackets 7 with threaded holes. Temperature sensors are installed on one of the measuring tubes 1 or 2 and on the protective casing 13 through the frame 14. The wires from the electromagnetic driver 8, electromagnetic sensors 9 and temperature sensors are connected to the connector installed in the frame 14. A controller 15 with a mating connector is installed on the frame 14. The pressure sensor cable 6 is connected to the external connector of the controller. The hatches 16 are closed with covers 17. The principle of operation of the vibration measuring transducer is based on the resonant effect of a mechanical oscillatory system, consisting of two straight tubes 1 and 2, and on the Coriolis effect. Oscillations of tubes 1 and 2 of the vibration transducer are excited by an electromagnetic driver 8. The vibration amplitude of the vibration transducer is stabilized by the signal from one electromagnetic sensor 9. The second electromagnetic sensor 9 is used to determine the phase delay of the oscillations in comparison with the signal of the first sensor. The resonant vibration frequency of the tubes is determined by the properties of the mechanical oscillatory system and depends on the material, size and weight of the measuring tubes. The mass of the measuring tubes is determined by the mass of the pipe material and the mass of the liquid. The density of the fluid is calculated from the vibration frequency of the vibrating transducer. Under the influence of high pressure, the tubes expand, their volume and stiffness change, therefore, in this case, compensation of readings from changes in pressure is required for accurate density measurement. The movement of a liquid inside such an oscillatory system introduces additional deformation of the oscillating tubes and forms a phase shift of the oscillations of the sensors proportional to the speed of movement of the liquid. The mass flow rate of the fluid is calculated from the phase shift between the sensor signals.

Положительный результат достигается тем, что в один из конечных элементов вибрационного преобразователя для компенсации характеристик преобразователя от изменения давления среды установлен датчик давления с нормализованным выходным сигналом и открытой измерительной мембраной.A positive result is achieved by the fact that a pressure sensor with a normalized output signal and an open measuring diaphragm is installed in one of the final elements of the vibration transducer to compensate for the transducer characteristics from changes in the medium pressure.

Claims

Vibration measuring transducer, consisting of two measuring tubes located parallel to each other, fastened together by nodal elements and connected to the final elements of the controller, driver and one or two sensors, a protective casing, characterized in that a pressure sensor with normalized output signal and an open measuring diaphragm in direct contact with the working medium.