Патент на изобретение №2273016
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к проточным гидродинамическим плотномерам, и может использоваться для измерения плотности различных сред, в том числе при коммерческих расчетах с поставщиками топлива. Техническим результатом изобретения является значительное расширение диапазона измерений, отсутствие протечек при нулевом перепаде позволяет измерять скорость с максимальной и одинаковой точностью по всему диапазону измерения, при измерении скорости среда не подвергается сжатию и расширению, проходя через первый измерительный участок, и др. Сущность устройства измерения плотности заключается в том, что скорость среды измеряется методом нулевого перепада давления и методом переменного перепада давления измеряется скоростной напор с помощью сужающего устройства в рабочих условиях возможного непрерывного изменения. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к проточным гидродинамическим плотномерам, и может использоваться для измерения плотности различных сред как для жидкостей в открытых сосудах, так и в закрытых трубопроводах и резервуарах, находящихся под давлением, в том числе при коммерческих расчетах с поставщиками топлива. Известны устройства проточного измерения плотности сред, например [1. Кивилис С.С. Плотномеры. М. Энергия 1980, с.217], включающее синхронный двигатель, вращающий с постоянной скоростью турбинку с винтовыми лопастями. Закрученный поток передает свою энергию цилиндрической гильзе с наклонными лопастями и соосной валу турбинки. Измерение ведется по показаниям зависящих от плотности среды угла поворота гильзы, связанной с пружиной. Недостатками этих технических решений является большая погрешность измерения плотности, а также большие габариты устройства. Известно устройство измерения массового расхода [2. Многопараметрический массовый расходомер Multivariable модель 3095 MV, Проспект фирмы Fischer – Rosemount 00813-0100-4716 Rev DA 11/98, тел. (095) 2326968], включающее измерение плотности и расхода потока при помощи измерителя перепада давления, установленного на сужающем устройстве (СУ) в потоке среды. Недостатками этого устройства являются: – специальное программное обеспечение для решения дифференциальных уравнений и расчета поправок, полученных измерением других параметров протекающей среды через СУ; – сравнительно небольшой диапазон измерения скорости среды, обеспечивающий погрешность измерения 1%. Кроме того, величина погрешности по скорости исчисляется не к текущему значению, а к максимальному значению шкалы. По конструкции наиболее близким аналогом одного из элементов предлагаемого плотномера является известное устройство для определения расхода гомогенных жидкостей [4. Расходомер PLU 103 А производства фирмы Pierburg Luftfahrtgerate Union GmbH. Bataverstr. 80/ Postfach 100 261 D -4040 Neuss West-Germany.tel. (02101)523-1, информационный листок], содержащее насос-мотор с электродвигателем в контуре поддержания нулевого перепада давления, измеритель числа оборотов, связанный с вычислителем. Наиболее близким к предлагаемому устройству, принятому за прототип, является устройство измерения плотности при вычислении массового расхода [3. Метод измерения массового расхода вещества сужающими устройствами. Э.Н.Фарзане. ж. ИТ №12/2003], относящееся к классу гидродинамических плотномеров. Устройство [3] содержит СУ в основном канале с измерителем перепада давления, выход которого связан с вычислителем, а также исполнительный орган и заслонка, расположенные в байпасном канале с входом в основной канал за пределами СУ по течению. Недостатками известного устройства [3] являются: – измерение основной части скорости происходит на СУ, которое имеет ограниченный диапазон; – скорость среды измеряется перепадом давления по квадратичной зависимости между ними, что обуславливает малый диапазон измерения и неравномерность шкалы прибора; – плотность среды определяется косвенным путем подстановкой соотношения в уравнениях при вычислении массового расхода; – подается периодический сигнал на открытие заслонки канала байпаса, т.е. происходит неодновременное измерение скорости в основном канале и байпасе, что приводит к дополнительной погрешности; – имеются неучтенные протечки по каналу байпаса через заслонку и объемный расходомер, приводящие к погрешности при измерении скорости и плотности; – для плотности среды ищется некоторое соотношение из уравнений массового расхода через СУ и байпас; – наличие нелинейности более 1%, люфта и дрейф показаний. Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков в известных устройствах. Для этого предлагается устройство гидродинамического измерения плотности среды, содержащее сужающее устройство с измерителем перепада давления, выход которого связан с вычислителем, отличающееся тем, что последовательно по потоку введены побудитель расхода и контур поддержания нулевого перепада давления с измерителем перепада давления, электродвигателем с устройством поддержания его частоты вращения и насос-мотором с измерителем частоты вращения его вала, контур вместе с измерителем частоты вращения вала связан с вычислителем для обработки результатов измерения, преобразования и вычисление плотности среды. Предлагается устройство проточного измерения плотности, в котором методом нулевого перепада давления измеряется скорость среды и одновременно в тех же условиях измеряется перепад давления на СУ. Областью применения устройства могут быть также открытые непроточные сосуды, резервуары и трубопроводы, находящиеся под давлением. В работе задействованы два измерительных участка: один для измерения скорости протекания среды, другой – для измерения перепада давления на СУ и последующего вычисления плотности среды. На чертеже представлена схема устройства. Гидравлический тракт устройства состоит из двух измерительных участков, в которых расположено: 1 – первый измерительный участок для измерения скорости среды; 2 – вход в первый измерительный участок; 3 – выход из первого измерительного участка; 4 – насос-мотор, например, винтового типа; 5 – измерительный участок для измерения перепада давления; 6 – СУ, например, стандартное; 7 – вход в измерительный участок 5; 8 – выход из измерительного участка 5; 9 – соединительный трубопровод; 10 – побудитель расхода; 11 – входной трубопровод. Управляющая и измерительная части предлагаемого устройства содержат: 12 – нуль-орган перепада давления для измерения скорости среды; 13 – электродвигатель, 14 – измеритель частоты вращения вала электродвигателя; 15 – устройство поддержания частоты вращения вала электродвигателя; 16 – измеритель перепада давления на СУ; 17 – вычислитель; 18 – выход измерителя плотности. Устройство работает следующим образом. На чертеже показан один из возможных вариантов соединения элементов насос-мотора 4, 6 – СУ, 10 – побудитель расхода. Контур с оборудованием 1, 2, 3, 4, 12, 13, 15 предназначен для поддержания нулевого перепада давления Контролируемая среда проходит по входному трубопроводу 11 через побудитель расхода 10, например центробежного типа, на вход 2 и попадает на первый измерительный участок 1 в насос-мотор 4. При превышении давления на входе 2 над давлением выхода 3 отрицательный сигнал по перепаду давления приводит к увеличению частоты вращения вала насос-мотора 4 для компенсации сигнала по перепаду давления, при положительном знаке перепада давления, насос-мотор 4 уменьшает скорость вращения для снятия этого сигнала. Таким образом, насос-мотор 4 работает в режиме нулевого перепада на всех оборотах диапазона измерения. Частота вращения вала насоса-мотора 4, связанного с валом электродвигателя 13, прямо пропорциональна скорости среды, проходящей через насос-мотор 4. Данные по частоте вращения вала электродвигателя, полученные с измерителя 14 передаются в вычислитель 17 для обработки результатов измерения, преобразования и получения искомой величины в виде плотности среды. Измеряемая среда из участка 1 продвигается через выход 3 и вход 7 во второй измерительный участок 5, в котором расположено СУ устройство 6, на котором измеряется перепад давления 16, и далее на выход 8 из всего устройства. Полученные данные по перепаду давления на СУ и частоты вращения насос-мотора 4 или скорости прохождения среды передаются в вычислитель. При наличии двух одновременно измеренных величин производят операцию вычисления плотности среды. Первая – это величина скорости среды V, прошедшей через первый измерительный участок 1. Неучтенные протечки близки к нулю при нулевом перепаде на насос-моторе 4. Точность измерения скорости высокая. Физический объем перекачиваемой среды в единицу времени насос-мотором, становится известной величиной, которая прямо пропорциональна частоте вращения вала регулируемого электродвигателя. Т.е. объемный расход равен единичному объему (литражу) самого насос-мотора умноженному на частоту вращения f электродвигателя. Таким образом, частота вращения вала электродвигателя, умноженная на постоянный размерный коэффициент, и есть расход среды на первом измерительном участке. Далее вычислителем 17 подсчитывается скорость V протекания среды на первом участке 1 из полученного объемного расхода среды Q путем деления на фактическое проходное сечение F насос-мотора. Получим скорость V, пропорциональную частоте вращения f, через коэффициент V=K1f. Вторая измеренная величина – это перепад давления Две величины – скорость среды, пропорциональная частоте f вращения вала электродвигателя, и перепад давления
Преимущества предлагаемого устройства, приобретаемого с помощью признаков, приведенных в отличительной части формулы следующие. Введение дополнительного измерительного участка для получения данных с одного и другого измерительных участков о двух независимых переменных для вычисления зависимости. Сочетание способов измерения: измерения скорости среды с повышенной точностью при нулевом перепаде давлений на насос-моторе по частоте вращения вала и измерения скоростного напора среды методом переменного перепада давления на СУ. Измерение расхода при нулевом перепаде давлений придает предлагаемому техническому решению следующие преимущества: – значительное расширение диапазона измерений, – отсутствие протечек при нулевом перепаде позволяет измерять скорость с максимальной и одинаковой точностью по всему диапазону измерения, – при измерении скорости среда не подвергается сжатию и расширению, проходя через первый измерительный участок, – поскольку определение скорости среды осуществляется с помощью объемного насос-мотора с нулевым перепадом, то обеспечивается пробковый режим течения среды, например газожидкостных смесей, – определяют плотность путем вычисления из полученных данных по перепаду давления из другого измерительного участка. При вычислении используются также одновременно данные объемного расхода в виде скорости протекания среды по первому измерительному участку, – пропорциональная зависимость плотности от перепада давления на СУ, – определение плотности среды, именно в момент нулевого перепада давления, позволяет отказаться от поправок по параметрам (вязкость, давление, температура) и окружающей среды, – объем, приходящийся на 1 оборот насоса, всегда один и тот же и не зависит от типа жидкости и газа, плотности, вязкости и температуры перекачиваемой среды, поскольку геометрический объем замыкания между винтами всегда один и тот же.
Формула изобретения
Устройство гидродинамического измерения плотности среды, содержащее сужающее устройство с измерителем перепада давления, выход которого связан с вычислителем, отличающееся тем, что последовательно по потоку введены побудитель расхода и контур поддержания нулевого перепада давления с измерителем перепада давления, электродвигателем с устройством поддержания его частоты вращения и насос-мотором с измерителем частоты вращения его вала, контур вместе с измерителем частоты вращения вала связан с вычислителем для обработки результатов измерения, преобразования и вычисления плотности среды.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 21.05.2008
Извещение опубликовано: 27.09.2009 БИ: 27/2009
|
||||||||||||||||||||||||||
Р
0 на измерительном участке 1 (на насос-моторе 4). Нульорган 12 при возникновении перепада давления на насос-моторе 4 подает сигнал через устройство 15 поддержания частоты вращения вала электродвигателя 13 для снижения величины перепада давления. В такой схеме контур реагирует на изменение нагрузки по давлению как на входе 2, так и на выходе 3. Сигнал измерителя частоты вращения вала электродвигателя 14 фиксируется в вычислителе 17 для подсчета скорости прохождения среды через измерительный участок 1.
V2.