Способ измерения массового расхода среды

/ Изобретение относится к измерительной технике, а именно к вибра - ционным способам измерения массового расхода на основании эффекта Кориолиса, и может быть использовано для создания автоматических измерителей массового расхода различных средств в химической, неФтехимической, пищевой и других отраслях промьшленности.Целью изобретения является повышение точности измерений.Нд 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 двд одинарных трубчатых резонатора 1 и 2, концы которых закреплены в неподвижных основаниях 3 - 5, д также последовательно соединенные приемник б колебаний, усилитель 7, умножитель 8 частоты, усилитель 9, возбудитель 10 колебаний. Кроме того, в состав. устройства входят возбудитель 11 колебаний, подключенный к выходу усилиеля 7, и промежуточный преобразователь 12, выход которого соединен с входом вторичного прибора 13, д входы подключены к выходам приемника 14 колебаний и блока 15 сравнения. Нд входы последнего поступают сигналы с приемников 16 и 17 колебаний. Пиниями 18 и 19 схематично показан вид коле- . баний резонаторов нд первой собственной Форме колебаний, 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 частоты колебаний совпадают. Приемники 6 и 14 и возбудители 10 и 11 колебаний расположены вблизи резонаторов нд равном расстоянии от закрепленных концов, т.е. в пучности первой собственной Формы колебаний, д приемники 16 и 17 размещены вблизи резонатора 2 симметрично относительно его середины и нд расстоянии около четверти длины резона - тора от его концов, т.е, в пучнасти второй собственной Формы колебаний . Приемники 16 и 17 (например, катушки электромагнитов) сфдзировдны таким образом, что сигналы, наводимые в них колебаниями резонатора 2 нд перной собственной форме колебаний,син. Фазны, 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 11 колебаний.Сигнал Б, с выхода усилителя 7 поступает на 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 обрдзом, становится равной резонансной частоте второй собственной Формы колебаний 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 П и д 5 определенного амплитудного значения (например, нулевого). В промежуточном преобразователе 12, выпал - ненном нд базе микропроцессора или другого вычислительного устройства, осуществляется обработка сигналов Б 4 и Б б (фиг. 2)в соответствии с градуировочной характеристикой прибо-. ра, а информация об измеренном значении массового расхода выводится нд вторичный прибор 13. В отсутствие потока контролируемой среды силы инерции Кориолисд 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 па амплитуде. Временной интервал между моментами достижени; сигналами П и Бопределенного амплитудного значения (например, нулевого) равен нулю.При протекании контролируемой среды резонатор 2 совершает вынужденные колебания на первой собственной Форме иод действием возбуждающей силы (линия 19, фиг. и 3) и резонансные+ - - х + х + 121 5161колебания на второй собственной Фор-,ме колебаний под действием силинерции Кориолиса (линия 20, фиг.1и 3).Уравнение движения резонатора напервой собственной Форме колебанийимеет видАУ =(1 - соя ах)ядпЯС, (1)2 где А - амплитуда вынужденных колеба 1 - длина резонатора; Я= 2 К - круговая частота колебаний,Е - частота колебаний,Иа участок резонатора, имеющий длину с 1 х и содержащий внутри контролируемую жидкость с погонной массой т (фиг.3), действует сила инерции Кориолиса ЙРс,й уЕ = 2 шЧ - (2)К с 1 хс 11 где Ч - скорость движения среды;время;шЧ= О и - массовый расход среды;х - координата длины трубки.Подставив в выражение (2) значение с из уравнения (1), получают сЕ= АфЩ япахсояИЫх, (3) Для малых деформаций уравнение упругой линии под действием сил инерции Кориолиса имеет вид с г Г сУсРк(4) йхгйхс 1 х ф где Е - модуль упругости материаларезонатора;11 4. (1,1 = (Э -й ) - момент инерции се 64чения резонатора;Э и с -наружный и внутренний диаметры резонатора соответственно,В результате решения уравнения(4) получают 1 Г В ." К 3- ясп ах+ -- х + Е 1а6 9044где Е,Ь,.1, - пост янные интегрирования; Постоянные интегрирования находят из граничных условий, определяющихся.условиями закрепления. Для жесткого закрепления концов резонатора имеют 20 Тогда постоянные интегрирования 1= О; 3 О Подставив полученные значения постоянных интегрирования в уравнение (5), имеют АЯО м 2 3У = --- ,япах --- х. ф Е 1 а 2а Так как колебания под действием силинерции Кориолиса происходят в резо 40 нансе, то их амплитуда возрастает вЯ раз, где О - величина механическойдобро:ности резонатора,Тогда уравнение (6) примет видТаким образом, выходной сигнал 12 приемника 16 колебаний можно представить (фиг.2) ввиде суммы двух сос тавляющих, сдвинутых по фазе наИ2, Ьгде 13 - выходной сигнал приемникаЕ16 в результате колебанийрезонатора 2 под действиемвозбуждаюшей силы;гвыходной сигнал приемника216 в результате колебанийрезонатора 2 под действиемсил инерции Кориолиса.С учетом выражений (1) и (7) пере- Описывают уравнение (8) в виде ОАЮО м15с = - " --- яхп ах -Е 1 ага 32 Э- хЬг 1 .2 Э2 ЩЯ (- - я 1 пах - вх + М а Ьа- х)-- хЬ Ц = 2 атср Е 1 а (1 - сояах) 20 или для малых фазовых сдвигов,40 45 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.Формула изобретения551. Способ измерения массового расхода среды, протекаюцей через трубчатый механический резонатор,заключающийся в возбуждении вынужденных и1, о т л и - тем, что о вели- расхода среды ц = Ья 1 пЯС + ссояЯ, (9) Из выражения (10) получают значение массового расхода В случае установки приемников 6 и 17 в пучностях второй собственной формы колебаний разонатора 2,Ьт,е. для х Если измерять временной интервал Дмежду моментами достижения выходными сигналами Иг и 1 определенного амплитудного значения (например, нулевого), то с учетом того, что ДЦ =ЯД 1 получаютФЕ,= КД. (14) Агде Ь = -- ( - совах);2 Тогда фазовый сдвиг Д( сигналов Б,г и ЬЭ приемников 16 и 17 колебаний определяют как колебаний резонатора в направлении, перпендикулярном скорости потока 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 щ и й с я 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 колебаний12. Способ почающийсячине массового. б 1 9044 Ц 5 судят по сдвигу Фаз колебанийдвух точек первого резонатора,расположенных в пучностях второй собственной Формы колебаний, деленномуна частоту колебаний первого резона -тора,1 б 19044 Фиг.8 Составитель В,Ярычактор А.Бобкова Техред А.Кравчук ектор СЛекмарписное л. Гагарина, 101 оизводственно-издательский комбинат Патент", г, Ужг Заказ 1134ВБИИПИ Государст нного комите 3035, Москва по изо -35, Р тениям и открытиям при ГКНТ СССская наб., д, 4/5