RU179411U1

RU179411U1 - Device for measuring the flow of liquid and gas

Info

Publication number: RU179411U1
Application number: RU2018107598U
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Никулин; Екатерина Андреевна Хлопотова; Борис Владимирович Григорьев; Владимир Викторович Воробьев
Original assignee: Акционерное общество "ГМС Нефтемаш"
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2018-05-14

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения расхода жидкостей и газов, и способствует упрощению процесса приема и преобразования выходного сигнала, осуществляемого оптическими датчиками расходомера, путем определения величины расхода по изменению интенсивности интерференционной картины световых пучков. Устройство для измерения расхода жидкости и газа содержит корпус с присоединительными фланцами, встроенную в корпус между фланцами прямолинейную измерительную трубку, электромагнитный привод, состоящий из катушки и магнита, оптические датчики, выполненные в виде интерферометра Майкельсона и размещенные в корпусе в двух различных точках относительно измерительной трубки, и преобразователь сигнала. Технический результат - упрощение процесса приема и преобразования выходного сигнала, осуществляемого оптическими датчиками расходомера, путем определения величины расхода по величине разности интенсивностей интерференционных картин от двух оптических датчиков. 3 ил.The utility model relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring the flow of liquids and gases, and helps to simplify the process of receiving and converting the output signal carried out by the optical sensors of the flow meter by determining the flow rate by changing the intensity of the interference pattern of light beams. A device for measuring liquid and gas flow rates comprises a housing with connecting flanges, a straight measuring tube built into the housing between the flanges, an electromagnetic drive consisting of a coil and magnet, optical sensors made in the form of a Michelson interferometer and placed in the housing at two different points relative to the measuring tube , and a signal converter. The technical result is a simplification of the process of receiving and converting the output signal carried out by the optical sensors of the flowmeter by determining the flow rate by the magnitude of the difference in the intensities of the interference patterns from the two optical sensors. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения расхода жидкостей и газов, перекачиваемых по трубопроводу.The utility model relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring the flow rate of liquids and gases pumped through a pipeline.

Известны устройства для измерения расхода - оптические расходомеры, принцип работы которых основан на зависимости различных оптических эффектов в потоке от расхода флюида. Недостатками таких оптических расходомеров являются сложность конструкции и невозможность определения расхода непрозрачных жидкостей (Патент 2377573, опубл. 2006 г.).Known devices for measuring flow - optical flow meters, the principle of which is based on the dependence of various optical effects in the stream from the flow rate of the fluid. The disadvantages of such optical flowmeters are the design complexity and the inability to determine the flow rate of opaque liquids (Patent 2377573, publ. 2006).

Известны устройства для измерения расхода жидкости и газа, использующие для измерения массового расхода жидкостей и газов эффект Кориолиса и принцип действия которых основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется измеряемая среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Недостатками таких расходомеров, как правило, являются большие габариты и масса, а также высокие гидравлические потери, обусловленные криволинейной конструкцией измерительной трубки.Known devices for measuring the flow rate of liquid and gas, using the Coriolis effect to measure the mass flow rate of liquids and gases and the principle of operation of which is based on phase changes of mechanical vibrations of U-shaped tubes along which the medium is moving. The phase shift is proportional to the mass flow rate. The disadvantages of such flowmeters, as a rule, are large dimensions and mass, as well as high hydraulic losses due to the curved design of the measuring tube.

Наиболее близким к заявленному является устройство для измерения расхода жидкости и газа, использующее эффект Кориолиса и содержащее корпус с присоединительными фланцами, встроенную в него между фланцами прямолинейную измерительную трубку, электромагнитный привод, состоящий из катушки и магнита, оптические датчики, имеющие излучатель света и световод, закрепленный на противоположных сторонах расходомерной трубки, а также преобразователь сигнала (WO 2004072591 опубл. 28.08.2004).Closest to the claimed is a device for measuring the flow of liquid and gas using the Coriolis effect and containing a housing with connecting flanges, a straight measuring tube built in between the flanges, an electromagnetic drive consisting of a coil and magnet, optical sensors having a light emitter and a light guide, fixed on opposite sides of the flow tube, as well as a signal converter (WO 2004072591 publ. 08.28.2004).

В известном устройстве оптический сигнал проходит по световоду, установленному внутри измерительной трубки, в котором он модулируется и передается на воспринимающий датчик. Размещение чувствительных оптических элементов, внутри измерительной трубки усложняет процесс приема и преобразования выходного сигнала. Такая сложность обусловлена тем, что размещенный внутри измерительной трубки световод испытывает на себе воздействия не только Кориолисовых сил со стороны измерительной трубки, но и непосредственно протекающего в ней потока флюида.In the known device, the optical signal passes through a fiber installed inside the measuring tube, in which it is modulated and transmitted to the receiving sensor. The placement of sensitive optical elements inside the measuring tube complicates the process of receiving and converting the output signal. This complexity is due to the fact that the optical fiber placed inside the measuring tube experiences not only Coriolis forces from the measuring tube, but also the fluid flow directly in it.

Задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является упрощение процесса приема и преобразования выходного сигнала, осуществляемого оптическими датчиками расходомера, путем определения величины расхода по величине разности интенсивностей интерференционных картин от двух оптических датчиков.The task to which the claimed device is directed is to simplify the process of receiving and converting the output signal carried out by the optical sensors of the flowmeter by determining the flow rate from the magnitude of the difference in the intensities of the interference patterns from two optical sensors.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения расхода, содержащем корпус с присоединительными фланцами, встроенную в корпус между фланцами прямолинейную измерительную трубку, электромагнитный привод, состоящий из катушки и магнита, оптические датчики и преобразователь сигнала, оптические датчики выполнены в виде интерферометра Майкельсона и размещены в корпусе в двух различных точках относительно измерительной трубки.The technical result is achieved in that in a flow measuring device comprising a housing with connecting flanges, a straight measuring tube integrated in the housing between the flanges, an electromagnetic drive consisting of a coil and a magnet, optical sensors and a signal converter, optical sensors are made in the form of a Michelson interferometer and placed in the housing at two different points relative to the measuring tube.

Использование в качестве оптических датчиков интерферометра Майкельсона, позволяет использовать в качестве информативного параметра оптический сигнал, отраженный от зеркала на внешней стенке прямолинейной измерительной трубки, при этом излучатель и приемник света расположены по одну сторону прямолинейного участка трубопровода. Это, в свою очередь, позволяет разместить чувствительные оптические элементы вне измерительной трубки, что упрощает процесс приема и преобразования выходного сигнала.The use of a Michelson interferometer as optical sensors makes it possible to use an optical signal reflected from a mirror on the outer wall of a straight measuring tube as an informative parameter, while the emitter and light receiver are located on one side of a straight section of the pipeline. This, in turn, allows you to place sensitive optical elements outside the measuring tube, which simplifies the process of receiving and converting the output signal.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 представлены графики колебаний в двух точках измерительной трубки, на фиг. 3 укрупненно представлена конструкция оптического датчика.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device, in FIG. 2 shows graphs of oscillations at two points of the measuring tube; FIG. 3 shows an enlarged design of an optical sensor.

Устройство для измерения расхода жидкости и газа представляет собой оптический интерференционный расходомер и содержит прямолинейную измерительную трубку 1, встроенную в корпус 2 между фланцами 3, и размещенные в корпусе 2 электромагнитный привод 4, состоящий из катушки и магнита, установленного напротив катушки на прямолинейной измерительной трубке 1, оптические датчики 5 измерения перемещения, представляющие собой интерферометры Майкельсона, расположенные в двух различных точках внутри корпуса 2, и преобразователь 6 сигнала. Оптический датчик 5 перемещения состоит из источника лазерного луча 7, светоделителя 8, неподвижного зеркала 9, подвижного зеркала 10, закрепленного на прямолинейной измерительной трубке 1, линзы 11 и светочувствительного элемента 12, связанного с преобразователем 6.The device for measuring the flow of liquid and gas is an optical interference flowmeter and contains a straight measuring tube 1, built into the housing 2 between the flanges 3, and placed in the housing 2, an electromagnetic drive 4, consisting of a coil and a magnet mounted opposite the coil on a straight measuring tube 1 , optical displacement measurement sensors 5, which are Michelson interferometers located at two different points inside the housing 2, and a signal converter 6. The optical displacement sensor 5 consists of a laser beam source 7, a beam splitter 8, a fixed mirror 9, a movable mirror 10 mounted on a straight measuring tube 1, a lens 11, and a photosensitive element 12 connected to the transducer 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Прямолинейная измерительная трубка 1 под действием электромагнитного привода 4 совершает вынужденные колебания. Для этого на катушку электромагнитного привода 4, установленную в корпусе устройства, подается переменный ток, который периодически притягивает и отталкивает магнит, закрепленный на прямолинейной измерительной трубке 1. Эти колебания фиксируются двумя оптическими 5 датчиками перемещения.A rectilinear measuring tube 1 under the influence of an electromagnetic drive 4 performs forced oscillations. To do this, an alternating current is supplied to the coil of the electromagnetic drive 4 installed in the device’s body, which periodically attracts and repels a magnet mounted on a rectilinear measuring tube 1. These oscillations are detected by two optical 5 displacement sensors.

При движении измеряемой среды через расходомер проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение флюида при вынужденных колебаниях прямолинейной измерительной трубки 1 приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против направления движения прямолинейной измерительной трубки 1, приданного ей электромагнитным приводом 4. В результате сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению прямолинейной измерительной трубки 1 во входной его половине, а в выходной, наоборот, способствует этому смещению.When the medium is moving through the flowmeter, a physical phenomenon known as the Coriolis effect appears. The forward motion of the fluid during forced vibrations of the straight measuring tube 1 leads to the appearance of a Coriolis force. This force is directed against the direction of motion of the linear measuring tube 1, which was given to it by the electromagnetic drive 4. As a result, the force acting on the liquid side prevents the linear measuring tube 1 from displacing in its input half, and vice versa, contributes to this displacement.

Оптические датчики 5 перемещения позволяют фиксировать разность фаз синусоидальных колебаний двух точек участка прямолинейной измерительной трубки 1 (на входной и выходной сторонах). Синусоидальные колебания различаются по фазе Δϕ (см. фиг. 2), поскольку сигнал на выходной ветви запаздывает относительно сигнала на ветви на входе из-за действия силы Кориолиса в потоке жидкости.The optical displacement sensors 5 make it possible to detect the phase difference of the sinusoidal oscillations of two points of the section of the rectilinear measuring tube 1 (on the input and output sides). Sinusoidal oscillations differ in phase Δϕ (see Fig. 2), since the signal at the output branch is delayed relative to the signal at the input branch due to the action of the Coriolis force in the fluid flow.

Разность фаз синусоидальных колебаний двух точек измерительной трубки прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше сдвиг фаз между сигналами, тем больше массовый расход. Таким образом, расход определяется путем измерения временной задержки между сигналами оптических датчиков перемещения.The phase difference of the sinusoidal oscillations of the two points of the measuring tube is directly proportional to the mass flow rate. The greater the phase shift between the signals, the greater the mass flow rate. Thus, the flow rate is determined by measuring the time delay between the signals of the optical displacement sensors.

Разность фаз синусоидальных колебаний измерительной трубки 1 фиксируется следующим образом.The phase difference of the sinusoidal oscillations of the measuring tube 1 is fixed as follows.

Световой пучок, исходящий из источника лазерного луча 7, делится на два равных посредством светоделителя 8, при этом один из пучков проходит путь до неподвижного зеркала 9, а второй - до подвижного зеркала 10, закрепленного на прямолинейной измерительной трубке 1. Под воздействием электромагнитного привода прямолинейная измерительная трубка 1 будет менять свое положение в пространстве, при этом будет изменяться положение подвижного зеркала 10, следовательно, второй пучок будет проходить путь, отличный от пути первого пучка. Дальше пучки собираются в один при помощи светоделителя 8, эти пучки уже способны интерферировать между собой. Проходя сквозь линзу 11, интерференционная картина увеличивается и попадает на светочувствительный элемент 12 и далее - в преобразователь 6. Изменение положения прямолинейной измерительной трубки приводит к изменению интерференционной картины, регистрируемой в преобразователе 6. Происходит n изменений интерференционной картины от максимума до максимума. По интенсивности изменения интерференционной картины можно установить численное значение изменения расстояния участка трубопровода от его стационарного положения. По изменению положения прямолинейной измерительной трубки 1 определяется численное значение расхода вещества.The light beam coming from the source of the laser beam 7 is divided into two equal by means of a beam splitter 8, while one of the beams travels to the fixed mirror 9, and the second to the moving mirror 10, mounted on a straight measuring tube 1. Under the influence of an electromagnetic drive, straight the measuring tube 1 will change its position in space, while the position of the movable mirror 10 will change, therefore, the second beam will travel a path different from the path of the first beam. Then the beams are collected in one using a beam splitter 8, these beams are already able to interfere with each other. Passing through the lens 11, the interference pattern increases and falls on the photosensitive element 12 and then into the transducer 6. A change in the position of the rectilinear measuring tube leads to a change in the interference pattern recorded in the transducer 6. There are n changes in the interference pattern from maximum to maximum. By the intensity of changes in the interference pattern, you can set the numerical value of the change in the distance of the pipeline section from its stationary position. By changing the position of the straight measuring tube 1 is determined by the numerical value of the flow rate of the substance.

Таким образом, в преобразователе 6 при помощи специальной программы совершаются расчеты изменения положения прямолинейной измерительной трубки 1, а также расхода вещества.Thus, in the Converter 6 using a special program, calculations are made of the change in the position of the straight measuring tube 1, as well as the flow rate of the substance.

Предлагаемое устройство позволяет определить величину расхода по изменению интенсивности интерференционной картины световых пучков, что способствует упрощению процесса приема и преобразования выходного сигнала, осуществляемого его оптическими датчиками.The proposed device allows you to determine the flow rate by changing the intensity of the interference pattern of light beams, which helps to simplify the process of receiving and converting the output signal by its optical sensors.

Claims

A device for measuring the flow of liquid and gas, comprising a housing with connecting flanges, a straight measuring tube built into the housing between the flanges, an electromagnetic drive consisting of a coil and magnet, optical sensors and a signal converter, characterized in that the optical sensors are made in the form of a Michelson interferometer and placed in the housing at two different points relative to the measuring tube.