RU2430334C1

RU2430334C1 - Flow rate transducer with flow-type closed oscillatory system

Info

Publication number: RU2430334C1
Application number: RU2010113585/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Конькин (RU); Владимир Федорович Конькин; Валерий Федорович Армеев (RU); Валерий Федорович Армеев; Евгений Нефедович Большаков (RU); Евгений Нефедович Большаков; Николай Геннадиевич Кравцов (RU); Николай Геннадиевич Кравцов; Андрей Александрович Дементьев (RU); Андрей Александрович Дементьев; Виктор Анатольевич Жарехин (RU); Виктор Анатольевич Жарехин
Original assignee: Владимир Федорович Конькин; Валерий Федорович Армеев; Евгений Нефедович Большаков; Николай Геннадиевич Кравцов; Андрей Александрович Дементьев; Виктор Анатольевич Жарехин
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2011-09-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: proposed transducer comprises vibrator, excitation and oscillation picking-up electromagnetic transducers arranged on vibrator and amplifier to make self-oscillatory circuit, as well as converter and recorder Note here that vibrator is arranged inside housing with inlet and outlet holes. Said vibrator is made up of two aligned different-diameter tubes to make closed mechanical oscillatory tonometer-type system. Top and bottom bases of tubes are jointed together by means of top and bottom shaped bushes. Excitation and oscillation picking-up electromagnetic transducers are screwed in vibrator outer tube at equal distance from top and bottom bases of vibrator outer tube. Amplifier input is connected to oscillation picking-up electromagnetic transducer while its output with excitation electromagnetic transducers is connected via electronic gate with converter. Converter output is connected to recorder to display measured medium flow rate.

EFFECT: higher accuracy, operation reliability and resistance to ionising radiation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения расхода жидкой или газообразной среды. А именно изобретение может быть использовано в нефтехимической, пищевой, химической промышленности, тепловой и атомной энергетике, коммунальном хозяйстве и других производствах, где необходимо измерять расход различных жидких и газообразных сред. В частности, изобретение предназначено для определения расхода теплоносителя в топливных каналах (ТК) реактора большой мощности канального (РБМК).The invention relates to measuring technique and is intended to determine the flow rate of a liquid or gaseous medium. Namely, the invention can be used in the petrochemical, food, chemical industries, thermal and nuclear energy, utilities and other industries where it is necessary to measure the flow rate of various liquid and gaseous media. In particular, the invention is intended to determine the flow rate of the coolant in the fuel channels (TC) of a high-power channel reactor (RBMK).

Из а.с. СССР №920384 (МПК G01F 1/86, опубл. 15.04.1982) известен датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа, являющийся наиболее близким аналогом изобретения и принятый за прототип. Известный датчик расхода состоит из вибратора, расположенного внутри корпуса с входным и выходным отверстиями, электромагнитных датчиков возбуждения и съема колебаний, расположенных на вибраторе, и усилителя, образующих автоколебательный контур, а также из преобразователя и регистратора. Недостатками являются недостаточная надежность и точность работы, невозможность расположения конструкции датчика расхода в уже имеющемся корпусе.From A.S. USSR No. 920384 (IPC G01F 1/86, publ. 04/15/1982) known flow sensor with a closed-loop flow type oscillation system, which is the closest analogue of the invention and adopted as a prototype. The known flow sensor consists of a vibrator located inside the housing with inlet and outlet openings, electromagnetic excitation and vibration detectors located on the vibrator, and an amplifier forming a self-oscillating circuit, as well as a converter and a recorder. The disadvantages are the lack of reliability and accuracy, the inability to arrange the design of the flow sensor in an existing housing.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа для определения расхода жидкой или газообразной среды содержит вибратор, расположенный внутри корпуса с входным и выходным отверстиями, электромагнитные датчики возбуждения и съема колебаний, расположенные на вибраторе, и усилитель, образующие автоколебательный контур, а также преобразователь и регистратор. Вибратор образует замкнутую механическую колебательную систему камертонного типа и выполнен из двух соосных труб разного диаметра, соединенных верхними основаниями друг с другом и нижними основаниями друг с другом посредством верхних и нижних фигурных втулок соответственно. Нижние фигурные втулки прикреплены к корпусу через сильфонный блок. Во внешнюю трубу вибратора вкручены электромагнитные датчики возбуждения и съема колебаний, равноудаленные от верхнего и нижнего оснований внешней трубы вибратора. Усилитель, соединенный входом с электромагнитным датчиком съема колебаний, а выходом с электромагнитным датчиком возбуждения колебаний через электронный ключ, подключен выходом к преобразователю, выход которого подключен к регистратору, отображающему величину расхода контролируемой среды (жидкой или газообразной).The essence of the present invention lies in the fact that the flow sensor with a closed flow type oscillation system for determining the flow rate of a liquid or gaseous medium contains a vibrator located inside the housing with inlet and outlet openings, electromagnetic excitation and vibration detectors located on the vibrator, and an amplifier forming self-oscillating circuit, as well as a converter and a recorder. The vibrator forms a closed mechanical vibratory system of a tuning fork type and is made of two coaxial pipes of different diameters connected by upper bases to each other and lower bases to each other by means of upper and lower figured bushings, respectively. The lower curly bushings are attached to the housing through a bellows unit. Electromagnetic sensors of excitation and removal of vibrations are screwed into the outer tube of the vibrator, equidistant from the upper and lower bases of the outer tube of the vibrator. An amplifier connected by an input to an electromagnetic sensor for oscillation pickup, and an output with an electromagnetic sensor of oscillation excitation through an electronic key, is connected by an output to a converter, the output of which is connected to a recorder that displays the flow rate of a controlled medium (liquid or gaseous).

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы, повышение точности измерения, увеличение срока эксплуатации за счет отсутствия подвижных частей вибратора, высокая температура эксплуатации, стойкость к ионизирующему излучению, возможность расположения датчика расхода в уже принятом в эксплуатацию корпусе, возможность использования при измерении расхода на трубопроводах большого диаметра.The technical result of the invention is to increase the reliability of operation, increase the accuracy of measurement, increase the operating life due to the absence of moving parts of the vibrator, high operating temperature, resistance to ionizing radiation, the possibility of arranging a flow sensor in an already commissioned housing, and the possibility of using a large flow meter diameter.

На фиг.1 изображен датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа, на фиг.2 - автоколебательный контур датчика расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа. Конструктивные элементы датчика расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа обозначены на фиг.1 и 2 следующими позициями: 1 - входное отверстие; 2 - выходное отверстие; 3 - корпус; 4 - вибратор; 5 - электромагнитный датчик съема колебаний; 6 - электромагнитный датчик возбуждения колебаний; 7 - внутреннее фланцевое соединение; 8 - внешнее фланцевое соединение; 9 - сильфонный блок; 10 - усилитель; 11 - электронный ключ; 12 - преобразователь; 13 - регистратор.Figure 1 shows a flow sensor with a closed flow type oscillation system, figure 2 is a self-oscillating circuit of a flow sensor with a closed flow type oscillation system. The structural elements of the flow sensor with a closed system of flow type oscillations are indicated in figures 1 and 2 by the following positions: 1 - inlet; 2 - outlet; 3 - case; 4 - vibrator; 5 - electromagnetic pickup oscillation; 6 - electromagnetic sensor for excitation of oscillations; 7 - internal flange connection; 8 - external flange connection; 9 - bellows unit; 10 - amplifier; 11 - electronic key; 12 - converter; 13 - the registrar.

Датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа состоит из корпуса 3, выполненного в виде вертикального цилиндра (см. фиг.1). К верхнему основанию корпуса 3, содержащему входное отверстие 1 для поступления контролируемой среды, прикреплено внешнее фланцевое соединение 8. К нижнему основанию корпуса 3, содержащему выходное отверстие 2, прикреплено внутреннее фланцевое соединение 7. Внутри корпуса 3 закреплен вибратор 4, выполненный в виде двух соосных труб одинаковой высоты и разного диаметра (внешней и внутренней), внешняя и внутренняя трубы расположены с зазором друг относительно друга. Верхние основания внешней и внутренней труб вибратора 4, также как и нижние основания внешней и внутренней труб вибратора 4 соединены друг с другом фигурными втулками (соответственно верхними и нижними), образуя в сечении замкнутый цилиндрический камертон - замкнутую механическую колебательную систему камертонного типа. Нижние фигурные втулки прикреплены к нижнему основанию корпуса 3 через сильфонный блок 9. Во внешнюю трубу вибратора 4 вкручены электромагнитный датчик съема колебаний 5 и электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6, равноудаленные от верхнего и нижнего оснований внешней трубы вибратора 4. Электромагнитный датчик съема колебаний 5 подсоединен к входу усилителя 10 (см. фиг.2), выход которого через электронный ключ 11 подсоединен к электромагнитному датчику возбуждения колебаний 6. Усилитель 10 подключен к преобразователю 12, который, в свою очередь, подключен к регистратору 13. Регистратор 13 отображает выходной сигнал, характеризующий величину расхода измеряемой среды.The flow sensor with a closed-loop flow type oscillation system consists of a housing 3 made in the form of a vertical cylinder (see figure 1). An external flange connection 8 is attached to the upper base of the housing 3 containing the inlet 1 for receiving the controlled medium. An internal flange connection 7 is attached to the lower base of the housing 3 containing the outlet 2. A vibrator 4 is mounted inside the housing 3, made in the form of two coaxial pipes of the same height and different diameters (external and internal), the external and internal pipes are located with a gap relative to each other. The upper bases of the outer and inner tubes of the vibrator 4, as well as the lower bases of the outer and inner tubes of the vibrator 4 are connected to each other by shaped sleeves (respectively upper and lower), forming a closed cylindrical tuning fork in section - a closed mechanical oscillatory system of tuning fork type. The lower curly sleeves are attached to the lower base of the housing 3 through a bellows unit 9. An electromagnetic vibration sensor 5 and an electromagnetic vibration sensor 6 are screwed into the outer tube of the vibrator 4, equidistant from the upper and lower bases of the outer tube of the vibrator 4. The electromagnetic vibration sensor 5 is connected to the input of the amplifier 10 (see figure 2), the output of which through an electronic key 11 is connected to an electromagnetic vibration excitation sensor 6. The amplifier 10 is connected to a converter 12, which, in turn, a series connected to the recorder 13. The registrar 13 displays an output signal characterizing the flow rate of the measured medium.

Датчик расхода с замкнутой системой колебаний проточного типа работает следующим образом.The flow sensor with a closed system of flow type oscillations works as follows.

Поток контролируемой среды (жидкой или газообразной) поступает в датчик расхода через входное отверстие 1 и выводится через выходное отверстие 2 корпуса 3. Внутри корпуса 3 расположен вибратор 4 в виде двух соосных труб одинаковой высоты и разного диаметра (внешней и внутренней). Верхние основания внешней и внутренней труб вибратора 4, также как и нижние основания внешней и внутренней труб вибратора 4 соединены друг с другом фигурными втулками (соответственно верхними и нижними), образуя в сечении замкнутый цилиндрический камертон. Во внешнюю трубу вибратора 4 вкручены электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6 и электромагнитный датчик съема колебаний 5, равноудаленные от верхнего и нижнего оснований внешней трубы вибратора 4. Вибратор 4, электромагнитный датчик съема колебаний 5, электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6 и усилитель 10 через электронный ключ 11 собраны в автоколебательный контур. При данном включении контур возбуждается на резонансной частоте. Резонансная частота определена конструкцией вибратора. При возникновении колебаний в колебательном контуре в вибраторе 4 возникают продольные колебания. Преобразователь 12 предназначен для управления электронным ключом 11 и измерения времени затухания колебаний. При возникновении колебаний в колебательном контуре преобразователь 12 выдает команду на коммутацию электронного ключа 11, который отсоединяет электромагнитный датчик возбуждения колебаний 6 от выхода усилителя 10, при этом электромагнитный датчик съема колебаний 5 остается присоединенным к входу усилителя 10, с выхода которого сигнал также поступает на вход преобразователя 12. При этом преобразователь 12 считает время затухания колебаний со времени выдачи сигнала на электронный ключ управления 11 и до установленной на корпораторе преобразователя 12 уставки затухания колебаний. Изменение времени затухания колебаний прямо пропорционально расходу контролируемой среды. Далее преобразователь 12 преобразует полученные сигналы в сигнал, характеризующий расход контролируемой среды, и передает его на регистратор 13, отображающий величину расхода контролируемой среды. Данный процесс возобновляется после измерения времени затухания.The flow of the controlled medium (liquid or gaseous) enters the flow sensor through the inlet 1 and is output through the outlet 2 of the housing 3. Inside the housing 3 is a vibrator 4 in the form of two coaxial pipes of the same height and different diameter (external and internal). The upper bases of the outer and inner tubes of the vibrator 4, as well as the lower bases of the outer and inner tubes of the vibrator 4 are connected to each other by shaped sleeves (upper and lower, respectively), forming a closed cylindrical tuning fork in cross section. An electromagnetic oscillation excitation sensor 6 and an electromagnetic oscillation pick-up sensor 5 are screwed into the outer tube of the vibrator 4, equidistant from the upper and lower bases of the external vibrator tube 4. Vibrator 4, an electromagnetic oscillation pickup 5, an electromagnetic oscillation excitation sensor 6 and an amplifier 10 through an electronic key 11 assembled in a self-oscillating circuit. With this inclusion, the circuit is excited at the resonant frequency. The resonant frequency is determined by the design of the vibrator. When vibrations occur in the oscillatory circuit in the vibrator 4, longitudinal vibrations occur. The Converter 12 is designed to control the electronic key 11 and measure the decay time of the oscillations. When oscillations occur in the oscillatory circuit, the converter 12 issues a command for switching the electronic switch 11, which disconnects the electromagnetic vibration excitation sensor 6 from the output of the amplifier 10, while the electromagnetic vibration pick-up sensor 5 remains connected to the input of the amplifier 10, from which the signal also goes to the input transducer 12. In this case, the transducer 12 considers the decay time of the oscillations from the time the signal was issued to the electronic control key 11 and until the conversion 12 Vatel setpoint damping. The change in the decay time of the oscillations is directly proportional to the flow rate of the controlled medium. Next, the Converter 12 converts the received signals into a signal characterizing the flow rate of the controlled medium, and transfers it to the recorder 13, which displays the flow rate of the controlled medium. This process resumes after measuring the decay time.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить надежность работы, повысить точность измерения, увеличить срок эксплуатации (до срока не менее 30 лет), обеспечивает возможность расположения датчика расхода в уже принятом в эксплуатацию корпусе, измерения расхода на трубопроводах большого диаметра, эксплуатации датчика расхода при высокой температуре (до 300 градусов), стойкость к ионизирующему излучению.Thus, the use of the invention improves the reliability of operation, improves the accuracy of measurement, increases the operating life (up to a period of at least 30 years), makes it possible to locate a flow sensor in an already commissioned case, measure flow on large diameter pipelines, and use a flow sensor at high temperature (up to 300 degrees), resistance to ionizing radiation.

Устройство готовится к использованию на АЭС РБМК для измерения расхода теплоносителя в технологических каналах.The device is being prepared for use at RBMK NPPs for measuring coolant flow in process channels.

Claims

A flow sensor with a closed flow type oscillation system for determining the flow rate of a liquid or gaseous medium, comprising a vibrator located inside the housing with inlet and outlet openings, electromagnetic excitation and vibration detectors located on the vibrator, an amplifier forming an auto-oscillating circuit, a converter and a recorder, characterized the fact that the vibrator forms a closed mechanical oscillatory system of the tuning fork type and is made of two coaxial pipes of different diameters connected to the top and bases with each other and lower bases with each other by means of upper and lower figured sleeves, respectively, lower figured sleeves are attached to the housing through a bellows block, while electromagnetic excitation and vibration detectors are screwed into the outer tube of the vibrator, equidistant from the upper and lower bases of the outer vibrator tubes, an amplifier connected to the input with an electromagnetic sensor for measuring vibration, and the output to an electromagnetic sensor for exciting vibration through an electronic key, connected to output to the converter, the output of which is connected to a registrar that displays the flow rate of a liquid or gaseous medium.