Вихревой расходомер
Изобретение предназначено для измерения объемного расхода жидких сред в напорных трубопроводах. Вихревой расходомер содержит два расположенных друг за другом и имеющих одинаковый малый характерный размер «d» тела обтекания с установленными в каждом из них чувствительным элементом и узлом съема сигнала и схему обработки выходных сигналов. Тела обтекания имеют профили с меньшим и большим коэффициентом лобового сопротивления, при этом профили тел обтекания выбраны с обеспечением взаимообратного поведения передаточных коэффициентов каналов измерения в диапазоне измерения расхода. В варианте выполнения перед телом обтекания с меньшим коэффициентом лобового сопротивления имеется турбулизатор потока (например, в виде углублений на внутренней стенке трубопровода), а перед телом обтекания с более высоким коэффициентом лобового сопротивления установлен фигурный струевыпрямитель. Изобретение обеспечивает расширение диапазона и повышение точности измерения, в том числе в условиях температурных изменений кинематической вязкости, имеет повышенную надежность за счет наличия двух каналов измерения, малые габариты. 3 з.п. ф-лы, 14 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области измерительной техники, а конкретнее к измерению объемного расхода жидких сред в напорных трубопроводах, и предназначено в основном для коммерческого учета светлых нефтепродуктов и горючесмазочных материалов (ГСМ) при приемо-передаточных операциях с ГСМ между хозяйствующими субъектами, а также для других жидкостей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен вихревой расходомер, содержащий установленное в трубопроводе перпендикулярно его оси тело обтекания, в котором выполнен узел съема сигнала с чувствительным элементом, свободно размещенным в цилиндрической камере, сообщающейся двумя каналами, выведенными на противоположные боковые стороны тела обтекания в области вихреобразования. Поступательное движение жидкости при малых скоростях преобразуется телом обтекания в спутный поток (область 1, фиг.1); при более высоких скоростях в вихревое движение жидкости (область 2, фиг.1 - т.н. автомодельная область потока со стабильно сформированной дорожкой Кармана) и при высоких скоростях в хаотичный апериодический распад вихрей (область 3, фиг.1 - область кавитации потока). Данные процессы приводят к периодическому перепаду давления на боковых стенках тела обтекания, частота которого в автомодельной области потока с достаточной точностью (1-2%) пропорциональна скорости потока (Патент РФ №2002208. кл. 5 G01F 1/32, 1993 г.). Гидравлические пульсации на боковых стенках тела обтекания преобразуются в колебательное движение чувствительного элемента с частотой вихреобразования, которое, в свою очередь, преобразуется узлом съема в электрическое переменное напряжение, частота которого пропорциональна колебаниям чувствительного элемента и, соответственно, скорости потока измеряемой среды.
Известен вихревой расходомер (Патент США №US 6675661 B1, кл. НКИ 73/861, 22, 2004 г.), содержащий, по крайней мере, два тела обтекания различной формы и/или размера, установленные в трубопроводе и имеющие существенное различие в передаточных коэффициентах В [имп/л] и формирующие две или более вихревые дорожки Кармана, резко отличающиеся друг от друга в части частот вихреобразования. Целью такого построения проточной части первичного преобразователя является уменьшение погрешности прибора при его работе в режиме переходных процессов и в потоках пульсирующего характера, когда одно из тел обтекания перестает функционировать вообще, а выходной сигнал формируется только с одного тела обтекания, на которое эти пульсации скорости потока мало влияют; при другой частоте переходных процессов роль в формировании выходного сигнала берет на себя другое тело обтекания. В стационарном режиме устройство работает в обычном режиме по 2-канальной схеме. Частоты пульсаций измеряемой среды фиксируются сенсорами, находящимися за каждым телом обтекания на внутренней поверхности трубопровода. Данное устройство достаточно специализировано и может применяться в тех случаях, когда на объекте нет возможности установить входной прямой участок трубопровода достаточной длины со струевыпрямителем, а технологический процесс носит нестационарный характер. В технологических процессах с ГСМ такой режим трудно представить.
Известен вихревой расходомер с двумя или более телами обтекания (Патент США № US 6053-053: НКИ 73. 861.22; 2000 г.). Оба тела обтекания имеют одинаковый характерный размер "d" и расположены друг за другом по потоку. Две вихревые дорожки Кармана преобразуются чувствительными элементами и узлами съема сигнала, расположенными внутри каждого тела обтекания и обрабатываются измерительной электронной схемой. Каждый выходной сигнал на начальном этапе обрабатывается индивидуально, а затем совместно до получения единого выходного сигнала. Прибор обеспечивает режим "горячего резервирования", при котором отказ одного из каналов измерения не приводит к сбою контролируемого технологического процесса, чем повышаются показатели надежности устройства. Это и является заявленной целью рассматриваемого прототипа.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагается устройство, содержащее также два или более тела обтекания, расположенные в трубопроводе друг за другом по потоку. Тела обтекания также имеют один и тот же характерный размер "d" с расположенными в них чувствительными элементами и узлами съема сигнала. Две вихревые дорожки Кармана также обрабатываются измерительной схемой на начальном этапе индивидуально, а затем совместно до получения единого выходного сигнала. Устройство таким же образом, как и в прототипе, обеспечивает режим "горячего резервирования" и имеет повышенные показатели надежности.
Новым является то, что профили тел обтекания (формы поперечных сечений), в отличие от прототипа, где профили обоих тел обтекания одинаковы, выбираются со взаимообратным поведением передаточных коэффициентов в диапазоне измерения расходов, что объясняется "зеркальным" по отношению друг к другу распределением функций Shi(Re) и Sh2(Re), где:
Sh1 - безразмерный критерий гидродинамического подобия для 1-го тела обтекания;
Sh2 - безразмерный критерий гидродинамического подобия для 2-го тела обтекания;
Re - безразмерный критерий гидродинамического подобия, характеризующий состояние контролируемого потока.
Устройство имеет шесть вариантов исполнения:
В 1-м варианте исполнения в измерительном участке трубопровода первым по потоку расположено тело обтекания, имеющее меньший коэффициент лобового сопротивления (Сх 1), а за ним расположено тело обтекания с более высоким (в 1,5-2 раза) коэффициентом лобового сопротивления (Сх 2).
Во 2-м варианте исполнения в измерительном участке трубопровода тела обтекания располагаются по отношению к 1-му варианту в обратном порядке.
В 3-м варианте исполнения в измерительном участке трубопровода 1-м по потоку расположено тело обтекания с коэффициентом лобового сопротивления Сх 1, перед которым располагается турбулизатор потока;
2-м по потоку располагается тело обтекания с коэффициентом Сх 2 с фигурным струевыпрямителем, выполненным в виде перекрестья (одна вертикальная и одна горизонтальная пластины). Профиль пластин фигурного струевыпрямителя выполнен так, что размер пластин в центре потока максимален, а у стенок трубопровода минимален. Фигурный струевыпрямитель расположен непосредственно перед 2-м по потоку телом обтекания, кроме того, на входе устройства расположен небольшой стандартный струевыпрямитель.
В 4-м варианте исполнения тела обтекания располагаются по отношению к 3-му варианту в обратном порядке. Перед первым по потоку телом обтекания с Сх 2 располагается фигурный струевыпрямитель, а перед 2-м по потоку телом обтекания с Сх 1 располагается турбулизатор потока.
В 5-м варианте исполнения (фиг.2е) первым по потоку распологается тело обтекания с коэффициентом лобового сопротивления Сх 1, перед которым расположен турбулизатор потока. На входе устройства установлен небольшой струевыпрямитель стандартного исполнения. Перед вторым по потоку телом обтекания с Сх 2 расположен фигурный струевыпрямитель. На конечном участке трубопровода располагается местное гидравлическое сопротивление.
В 6-м варианте исполнения тела обтекания расположены по отношению к 5-му варианту в обратном порядке. Перед первым по потоку телом обтекания с Сх 2 расположен фигурный струевыпрямитель, а перед вторым телом обтекания с Сх 1 в непосредственной близости расположен турбулизатор потока. На конечном участке трубопровода установлено местное гидравлическое сопротивление.
На фиг.1 представлено характерное распределение функции Sh(Re):
На фиг.2а представлен чертеж устройства по 1-му варианту исполнения.
На фиг.2b представлен чертеж устройства по 2-му варианту исполнения.
На фиг.2c представлен чертеж устройства по 3-му варианту исполнения.
На фиг.2d представлен чертеж устройства по 4-му варианту исполнения.
На фиг.2е представлен чертеж устройства по 5-му варианту исполнения.
На фиг.2f представлен чертеж устройства по 6-му варианту исполнения.
На фиг.3 представлена структурная схема обработки сигналов.
На фиг.4а представлены характерные распределения функций Sh1(Re) и Sh2(Re) в диапазоне чисел Рейнольдса (Re) для тела обтекания с Сх 1 и с Сх 2 соответственно для устройств по 1-му и 2-му вариантам исполнения устройства.
На фиг.4b представлены характерные распределения функций Sh2(Re) и Sh2(Re) в диапазоне чисел Re для тела обтекания с Сх 1 и с Сх 2 соответственно для устройств по 3-му и 4-му вариантам исполнения.
На фиг.4с представлены характерные распределения функций Sh1(Re) и Sh2(Re) в диапазоне чисел Re для тела обтекания с Сх 1 и с Сх 2 соответственно для устройств по 5-му и 6-му вариантам исполнения устройства.
На фиг.5а(1-4) представлены чертежи возможных вариантов турбулизаторов потока для устройств по 3-му и 5-му вариантам исполнения.
На фиг.5b(1-4) представлены чертежи возможных вариантов турбулизаторов потока для устройств по 4-му и 6-му вариантам исполнения.
На фиг.6а(1-12) представлены чертежи возможных поперечных сечений тел обтекания, имеющих меньшее значение коэффициента лобового сопротивления - Сх 1 (в дальнейшем - тела обтекания Т01).
На фиг.6b(1-2) представлены чертежи возможных поперечных сечений тел обтекания, имеющих более высокое значение коэффициента лобового сопротивления - Сх 2 (в дальнейшем - тела обтекания Т02).
На фиг.7а приведены графики функций передаточного коэффициента для тел обтекания Т01 в диапазоне измерения расходов при различном значении кинематической вязкости измеряемой среды для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.7b приведены графики функций передаточного коэффициента для тел обтекания Т02 в диапазоне расходов при различном значении кинематической вязкости измеряемой среды для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.7с приведены графики распределения результирующей нелинейности устройства в разрешенном для данной кинематической вязкости измеряемой среды диапазоне расходов для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.8а приведены графики функций передаточного коэффициента для тел обтекания Т01 в диапазоне измерения расходов при различном значении кинематической вязкости измеряемой среды для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.8b приведены графики функций передаточного коэффициента для тел обтекания Т02 в диапазоне расходов при различном значении кинематической вязкости измеряемой среды для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.8с приведены графики распределения результирующей нелинейности устройства в разрешенном для данной кинематической вязкости измеряемой среды диапазоне расходов для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.9а приведены графики функций передаточного коэффициента для тел обтекания Т01 в диапазоне измерения расходов при различном значении кинематической вязкости измеряемой среды для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.9b приведены графики функций передаточного коэффициента для тел обтекания Т02 в диапазоне измерения расходов при различном значении кинематической вязкости измеряемой среды для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.9с приведены графики распределения результирующей нелинейности устройства в разрешенном для данной кинематической вязкости измеряемой среды диапазона расходов для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.10а приведено продольное сечение тела обтекания, на фиг.10b - сечение по А-А.
На фиг.11 приведено продольное сечения местного гидравлического сопротивления.
На фиг.12(a-b) приведен чертеж входного струевыпрямителя.
На фиг.13(а-с) приведен чертеж фигурного струевыпрямителя.
на фиг.14(a-b) приведены чертежи чувствительного элемента устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлено поведение безразмерного критерия гидродинамического подобия - числа Струхаля (Sh), определяющего нелинейность вихревого расходомера с данным телом обтекания в диапазоне изменений другого критерия гидродинамического подобия - числа Рейнольдса (Re), определяющего область измеряемых расходов и область значений кинематической вязкости измеряемой среды для данного тела обтекания. Любое изменение формы поперечного сечения тела обтекания ведет к изменению данной зависимости. На фиг.1, для примера, представлена функциональная зависимость для тел обтекания Т02.
На фиг.2а изображен измерительный участок трубопровода, тело обтекания Т01 и тело обтекания Т02 (1-й вариант исполнения устройства).
На фиг.2b изображен измерительный участок трубопровода, тело обтекания Т02 и тело обтекания Т01 (2-й вариант исполнения устройства).
На фиг.2с изображен измерительный участок трубопровода, тело обтекания Т02, входной струевыпрямитель, турбулизатор потока и фигурный струевыпрямитель (3-й вариант исполнения устройства).
На фиг.2d изображен измерительный участок трубопровода, тело обтекания Т02, тело обтекания Т01, фигурный струевыпрямитель и турбулизатор потока (4-й вариант исполнения устройства).
На фиг.2е изображен измерительный участок трубопровода, тело обтекания Т01, тело обтекания Т02, входной струевыпрямитель, фигурный струевыпрямитель и местное гидравлическое сопротивление (5-й вариант исполнения устройства).
На фиг.2f изображен измерительный участок трубопровода, тело обтекания Т02, тело обтекания Т01, фигурный струевыпрямитель, турбулизатор потока и местное гидравлическое сопротивление (6-й вариант исполнения устройства).
На фиг.3 изображена структурная схема обработки сигналов, содержащая два тригера Шмитта (ТШ1, ТШ2) для каждого канала измерения, схему определения среднеарифметического значения единой для данного устройства частоты вихреобразования, две поканальные схемы для определения коэффициентов передачи устройства (B1, B2), схему определения среднеарифметического значения единого значения коэффициента передачи (Bcp.), схему определения разницы поканальных коэффициентов передачи (del В), схему определения единого для данного устройства среднеквадратичного значения коэффициента передачи (Ввых) и микропроцессорный вычислитель с дисплеем. Схема обработки сигналов для всех шести вариантов исполнения устройств одинакова.
На фиг.4а представлено поведение поканальных безразмерных критериев гидродинамического подобия - чисел Sh1 и Sh2, определяющих нелинейность устройства в диапазоне изменения чисел Re для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.4b представлено поведение поканальных безразмерных критериев гидродинамического подобия - чисел Sh1 и Sh2, определяющих нелинейность устройства в диапазоне изменения чисел Re для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.4с представлено поведение поканальных безразмерных критериев гидродинамического подобия - чисел Sh1 и Sh2, определяющих нелинейность устройства в диапазоне изменения чисел Re для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.5а(1-4) представлен продольный разрез стенки трубопровода с возможными вариантами выполнения турбулизаторов потока, выполненных путем соответствующей обработки внутренней стенки трубопровода для устройств по 3-му и 5-му вариантам исполнения.
На фиг.5b(1-4) представлен продольный разрез стенки трубопровода с возможными вариантами выполнения турбулизаторов потока, выполненных путем соответствующей обработки внутренней стенки трубопровода для устройств по 4-му и 6-му вариантам исполнения.
На фиг.6а(1-12) показаны формы поперечных сечений тел обтекания, которые используются при изготовлении тела обтекания Т01 для всех шести вариантов исполнения устройств.
На фиг.6b(1-2) показаны формы поперечных сечений тел обтекания, которые используются при изготовлении тела обтекания Т02 для всех шести вариантов исполнения устройств.
На фиг.7а изображены нелинейности 1-го канала измерений (сигнал с узла съема Т01) в диапазоне измерения расходов в определенном диапазоне изменения кинематической вязкости для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.7b изображены нелинейности 2-го канала измерений (сигнал с узла съема Т02) в диапазоне измерения расходов в определенном диапазоне изменения кинематической вязкости для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.7с представлено семейство графиков нелинейности устройства в целом после проведения обработки сигналов измерительной схемой (фиг.3) при различных значениях кинематической вязкости для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.8а изображены нелинейности 1-го канала измерений (сигнал с узла съема Т01) в диапазоне измерения расходов в определенном диапазоне изменения кинематической вязкости для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.8b изображены нелинейности 2-го канала измерений (сигнал с узла съема Т02) в диапазоне измерения расходов в определенном диапазоне изменения кинематической вязкости для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.8с представлено семейство графиков нелинейности устройства в целом после проведения обработки сигнала измерительной схемой (фиг.3) при различных значениях кинематической вязкости для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.9а изображены нелинейности 1-го канала измерений (сигнал с узла съема Т01) в диапазоне измерения расходов в определенном диапазоне изменения кинематической вязкости для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.9b изображены нелинейности 2-го канала измерений (сигнал с узла съема Т02) в диапазоне измерения расходов в определенном диапазоне изменения кинематической вязкости для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.9с представлено семейство графиков нелинейности устройства в целом после проведения обработки сигнала измерительной схемой (фиг.3) при различных значениях кинематической вязкости для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.10а показаны продольные сечения трубопровода, тела обтекания (для примера изображено тело обтекания Т02), узла съема, чувствительного элемента, каналов отбора давления, вкладыша; на фиг.10b показано поперечное сечение тела обтекания, одного из каналов отбора давления и вкладыша,
На фиг.11 показан чертеж конусораструбного местного гидравлического сопротивления, используемого для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.12(a, b) показаны поперечное сечение и вид сверху входного струевыпрямителя, используемого для 3-го 5-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.13(a-c) показано изометрическое изображение, вид спереди и вид сзади фигурного струевыпрямителя, используемого для 3-го, 4-го, 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
На фиг.14(a, b) показаны сечения чувствительных элементов плоской и выпуклой формы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1: Показана область спутного потока А, автомодельная область потока А, область кавитации потока А и представлен вид функции Sh(Re) в указанных областях потока измеряемой среды.
Фиг.2а: Показан измерительный участок трубопровода (поз.1) с потоком Q для 1-го варианта исполнения устройства, в котором на расстоянии L1 min от передней кромки трубопровода установлено симметрично и перпендикулярно потоку Q тело обтекания Т01 (поз.2) и на расстоянии L2 min от Т01 установлено таким же образом второе по потоку тело обтекания Т02 (поз.3). Задняя кромка измерительного участка трубопровода находится на расстоянии L3 min. В каждом теле обтекания установлены чувствительный элемент и узел съема сигнала (поз.4). Показаны также выходные шины устройства (поз.5, 6).
Фиг.2b: Показан измерительный участок трубопровода (поз.1) с потоком Q для 2-го варианта исполнения устройства, в котором на расстоянии L1 min от передней кромки трубопровода установлено симметрично и перпендикулярно потоку Q тело обтекания Т02 (поз.3) и на расстоянии L2 min от Т02 установлено таким же образом второе по потоку тело обтекания Т01 (поз.2). Задняя кромка измерительного участка трубопровода находится на расстоянии L3 min. В каждом теле обтекания установлены чувствительный элемент и узел съема сигнала (поз.4). Показаны также выходные шины устройства (поз.5, 6).
Фиг.2с: Показан измерительный участок трубопровода (поз.1) с потоком Q для 3-го варианта исполнения устройства, в котором на расстоянии L1 min от передней кромки трубопровода установлено симметрично и перпендикулярно потоку Q тело обтекания Т01 (поз.2) и на расстоянии L2 min от Т01 установлено таким же образом 2-е по потоку тело обтекания Т02 (поз.3). Задняя кромка измерительного участка трубопровода находится на расстоянии L3 min. На входе измерительного участка трубопровода расположен стандартный струевыпрямитель (поз.7) длиной L6. Перед Т01 на расстоянии L7 расположен турбулизатор потока длиной L4 (поз.8). Непосредственно перед телом обтекания Т02 расположен фигурный струевыпрямитель (поз.9). В каждом теле обтекания установлены чувствительный элемент и узел съема (поз.4). Показаны также выходные шины устройства (поз.5, 6).
Фиг.2d: Показан измерительный участок трубопровода (поз.1) с потоком Q для 4-го варианта исполнения устройства, в котором на расстоянии L1 min от передней кромки трубопровода установлено симметрично и перпендикулярно потоку Q тело обтекания Т02 (поз.3) и на расстоянии L2 min от Т02 установлено таким же образом 2-е по потоку тело обтекания Т01 (поз.2). Задняя кромка измерительного участка трубопровода находится на расстоянии L3 min. Непосредственно перед телом обтекания Т02 расположен фигурный струевыпрямитель (поз.9), а в непосредственной близости перед телом обтекания Т01 расположен турбулизатор потока длиной L4 (поз.8). В каждом теле обтекания установлены чувствительный элемент и узел съема сигнала (поз.4). Показаны также выходные шины устройства (поз.5, 6).
Фиг.2е: Показан измерительный участок трубопровода (поз.1) с потоком Q для 5-го варианта исполнения устройства, в котором на расстоянии L1 min от передней кромки трубопровода установлено симметрично и перпендикулярно потоку Q тело обтекания ТОК поз.2) и на расстояние L2 min от Т01 установлено таким же образом 2-е по потоку тело обтекания Т02 (поз.3). Задняя кромка измерительного участка трубопровода находится на расстоянии (L3 min.+L8+L9). На входе измерительного участка трубопровода расположен стандартный струевыпрямитель (поз.7) длиной L6. Перед телом обтекания Т01 на расстоянии L7 расположен турбулизатор потока (поз.8) длиной L4. Непосредственно перед телом обтекания Т02 расположен фигурный струевыпрямитель (поз.9) длиной L5. На выходном конце измерительного участка трубопровода расположено местное гидравлическое сопротивление (поз.10). В каждом теле обтекания установлены чувствительный элемент и узел съема сигнала (поз.4). Показаны также выходные шины устройства (поз.5, 6).
Фиг.2f: Показан измерительный участок трубопровода (поз.1) с потоком Q для 6-го варианта исполнения устройства, в котором на расстоянии L1 min от передней кромки трубопровода установлено симметрично и перпендикулярно потоку Q тело обтекания Т02 (поз.3) и на расстоянии L2 min установлено таким же образом 2-е по потоку тело обтекания Т01 (поз.2). Задняя кромка измерительного участка трубопровода находится на расстоянии (L3 min.+L8+L9). Перед телом обтекания Т02 расположен фигурный струевыпрямитель длиной L5 (поз.9). Перед телом обтекания Т01 расположен турбулизатор потока на длину L4. На выходном конце измерительного участка трубопровода расположено местное гидравлическое сопротивление (поз.10). В каждом теле обтекания установлены чувствительный элемент и узел съема сигнала (поз.4). Показаны также выходные шины устройства (поз.5, 6).
Фиг.3: Показаны два поканальных триггера Шмитта (поз.11, 12); шины сигналов (поз.5, 6); устройство определения Fвых (поз.13); устройства по определению передаточных коэффициентов B1, B2 (поз.14, 15); устройство по определению Вер (поз.16); устройство по определению величины del В (поз.17); устройство по определению Ввых (поз.18); микропроцессор (поз.19); дисплей (поз.20); шины выходных сигналов (поз.21).
Фиг.4а: Показаны распределение функции Sh1(Be) для тела обтекания Т01 (поз.1) и распределение функции Sh2(Re) для тела обтекания Т02 (поз.2) в диапазоне чисел Re для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.4b: Показаны распределение функции Sh1(Re) для тела обтекания Т01 (поз.1) и распределение функции Sh2(Re) для тела обтекания Т02 (поз.2) в диапазоне чисел Re для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.4с: Показаны распределение функции Sh1(Re) для тела обтекания Т01 (поз.1) и распределение функции Sh2(Re) для тела обтекания Т02 (поз.2) в диапазоне чисел Re для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.5а: Показаны применяемые для 3-го и 5-го вариантов исполнения устройства профили турбулизаторов потока длиной Lт1 в 4-х вариантах: с пятью треугольными выемками - 1), с двумя треугольными выемками - 2), с двумя прямоугольными выемками - 3) и с пятью прямоугольными выемками - 4).
Фиг.5b: Показаны применяемые для 4-го и 6-го вариантов исполнения устройства профили турбулизаторов потока длиной Lт2 в 4-х вариантах: с четырьмя треугольными выемками - 1), с двумя треугольными выемками - 2), с двумя прямоугольными выемками - 3) и с четырьмя прямоугольными выемками - 4).
Фиг.6а: Представлены поперечные сечения тел обтекания Т01, имеющего характерный размер "d" и длину по потоку "h". Поз.1 - круг; поз.2, 3 - симметрично-усеченные круги; поз.4 - шестиугольник, направленный одной из сторон к потоку; поз.5 - восьмиугольник, направленный одной из сторон к потоку; поз.6 - восьмиугольник, направленный одним из углов к потоку; поз.7 - шестиугольник, направленный одним из углов к потоку; поз.8 - усеченный четырехугольник, направленный усеченной плоскостью к потоку; поз.9-12 - специальные профили, имеющие распределение функций Sh(Re), подобные кругу (поз.1).
Фиг.6b(1-2): Представлены два поперечных сечения тел обтекания Т02 с характерным размером "d" и длиной по потоку "h".
Фиг.7а: Последовательно представлены передаточные коэффициенты канала измерения с Т01 при изменении величины кинематической вязкости "z" от 0,2 сСт (вода под высоким давлением при температуре плюс 150 град.С) до величины 30 сСт (дизельные топлива) при выполнении устройства по вариантам 1 и 2.
Фиг.7b: Последовательно представлены передаточные коэффициенты канала измерения с Т02 при изменении "z" от 0,2 до 30 сСт при выполнении устройства по вариантам 1 и 2.
Фиг.7с: Последовательно (снизу вверх) представлены разрешенные расходы устройства, выполненного по вариантам 1 и 2, при изменении "z" от 0,2 до 30 сСт при гарантированной постоянной по величине систематической погрешности.
Фиг.8а: Аналогично фиг.7а, при изменении "z" от 0,2 до 40 сСт для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.8b: Аналогично фиг.7b при изменении "z" от 0,2 до 40 сСт для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.8с: Аналогично фиг.7 с при изменении z" от 0,2 до 40 сСт для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.9а: Аналогично фиг.8а, но для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.9b: Аналогично фиг.8b, но для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.9с: Аналогично фиг.8с, но для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства.
Фиг.10а: Показан продольный разрез трубопровода (поз.1), тела обтекания (поз.2), каналов отбора пульсирующего давления (поз.22), камеры (поз.23) для расположения незакрепленного чувствительного элемента (поз.4'), стенок (поз.24) камеры, вкладыша (поз.25), кольцевой камеры (поз.26). Показаны прорези (поз.27) прохода пульсирующего давления в стенках камеры и катушки индуктивного узла съема сигнала (поз.4").
Фиг.10b: Показан поперечный разрез тела обтекания в сечении "А" с камерой (поз.23) размещения чувствительного элемента, кольцевой камерой (поз.26), с прорезями (поз.27) в стенках (поз.24) камеры.
Фиг.11: Показан продольный разрез местного гидравлического сопротивления длиной L, внешним диаметром Dy, входной конусной частью (поз.28) и выходной раструбной частью длиной L7 (поз.29) и диаметром сужения D1.
Фиг.12а: Показан чертеж стандартного входного струевыпрямителя с ободом диаметром Dy и длиной L6 (поз.7), с тремя вертикальными пластинами (поз.7') и одной горизонтальной (поз.7").
Фиг.12b: Показан вид А.
Фиг.13а: Показано изометрическое изображение фигурного струевыпрямителя длиной L5, состоящего из одной вертикальной пластины (поз.9') и одной горизонтальной пластины (поз.9"). На вертикальной пластине сверху и снизу предусмотрены выборки высотой h3 и длиной h4. На горизонтальной пластине справа и слева предусмотрены выступы длиной h5 и высотой h6.
Фиг.13b, 13c: Показаны также вид спереди (А) и сзади (В). Максимальный вертикальный и горизонтальный размер соответствует Dy.
Фиг.14(a, b): Показаны сечения 2-х вариантов чувствительного элемента - плоского диска (поз.4') диаметром d4' и выпуклой чашки (поз.4') диаметром d4'. Толщина плоского диска - t1, выпуклого - t2.
РАЗМЕРЫ И СООТНОШЕНИЯ
Фиг.1: Основными соотношениями являются два основных в вихревой расходометрии соотношения, расшифровывающие суть координат функции Sh(Re):
, где: Fвихр - частота вихреобразования;
V - местная скорость потока в месте расположения тела обтекания;
d - характерный размер тела обтекания;
Sh - безразмерный критерий гидродинамического подобия.
Фиг.2а: Основные размеры и соотношения для 1-го варианта исполнения устройства:
Li min=10 Dy [м];
Dy=0,05; 0,08; 0,1; 0,125; 0,15 и 0,2 [м];
d1=d2=d [м];
d/Dy=(0,1-0,2);
h1=h2=h [м];
V1=V2=V [м/сек];
L2 min=6,2 Dy [м];
L3 min=3,85 Dy [м];
L общ=20,05 Dy. Например, для Dy 150 и d/Dy=0,2-Lобщ=3,075 [м]. Для меньших значений d/Dy величины L2 min, L3 min и Lобщ уменьшаются.
Фиг.2b: Основные размеры и соотношения для 2-го варианта исполнения устройства:
L1 min=10 Dy [м];
Dy=0,05; 0,08; 0,1; 0,125; 0,15; 0,2 [м];
d1=d2=d [м];
d/Dy=(0,1-0,2);
h1=h2=h [м];
V1=V2=V [м/сек];
L2 min=7,7 Dy [м];
L3 min=3,1 Dy [м];
L общ=20,8 Dy. Например, для Dy 150 и d/Dy=0,2-Lобщ=3,12 [м]. Для меньших значений d/Dy величины L2 min, L3 min и Lобщ уменьшаются.
Фиг.2с: Основные размеры и соотношения для 3-го варианта исполнения устройства:
L1 min=(5Dy+L6) [м];
L6=0,05 [м];
Dy=0,05; 0,08; 0.1; 0,125; 0,15; 0,2 [м];
L4=1,5 d [м];
d1=d2=d=constant (для любых Dy); оптимальная величина "d"=0,014 [м];
d/Dy=0,28; 0,175; 0,14; 0,112,0,093 и 0,07 для указанного выше типоразмерного ряда;
h1=h2=h=d=0,014 [м];
V1=V2=V [м/сек];
L2=[3,077(d/Dy)+0,05+h2/23 [м];
L7=d=0,014 [м];
L5=0,05 [м];
L3 min=1,920 d/Dy [м];
Lобщ=(5Dy+4,997 d/Dy+0,107 [м]. Например, для Dy 150 и d/Dy=0,093-Lобщ=1,322 [м] (для традиционного исполнения вихревого расходомера с одним телом обтекания Lобщ - не менее 1,5 [м]).
Фиг.2d: Основные размеры и соотношения для 4-го варианта исполнения устройства:
Dy=0,05; 0,08; 0,1; 0,125; 0,15; 0,2 [м];
d/Dy=0,28; 0,175; 0,14; 0,112; 0,093; 0,07;
L1 min=5,5 Dy [м];
L2 min=(3,846 d/Dy+0,021) [м];
L3 min=1,538 d/Dy [м];
L4=d [м];
d1=d2=d=0,014 [м];
h1=h2=d=0,014 [м];
L5=0,05 [м];
V1=V2=V [м/сек];
Lобщ=(5,5 Dy+56384 d/Dy 0,021) [м]. Например, для Dy 150 и d/Dy=0,093-Lобщ=1,347 [м].
Фиг.2е: Основные размеры и соотношения для 5-го варианта исполнения устройства:
L1 min=(5Dy+L6) [м];
L6=0,05 [м];
L4=1,5 d [м];
d1=d2=d=0,014 [м];
h1=h2=h=d=0,014 [м];
L7=d [м];
Dy=0,05; 0,08; 0,1; 0,125; 0,15; 0,2 [м];
d/Dy=0,28; 0,175; 0,14; 0,112; 0,093; 0,07;
V1=V2=V [м/сек];
L2 min=(3,077 d/Dy+L5+h/2) [м];
L5=0,05 [м];
L3 min=1,92 d/Dy [м];
L8=Dy [м];
L9=0,5 Dy [м];
Lобщ=(6,5 Dy+4,997 d/Dy+0,107) [м].
Например, для Dy 150 и d/Dy=0,093-Lобщ=1,547 [м].
Фиг.2f: Основные размеры и соотношения для 6-го варианта исполнения устройства:
L1 min=5,5 Dy [м];
L2 min=(3,846 d/Dy+0,021) [м];
L3 min=1,538 d/Dy [м];
Dy=0,05; 0,08; 0,1; 0,125; 0,15; 0,2 [м];
d/Dy=0.28; 0,175; 0,14; 0,112; 0,093; 0,07;
V1=V2=V [м/сек];
L8=Dy [м];
L9=0,5 Dy [м];
d1=d2=d=0,014 [м];
h1=h2=h=0,014 [м];
L4=d [м];
L5=0,05 [м];
Lобщ=(7Dy+5,384 d/Dy+0,021) [м]. Например для Dy 150 и d/Dy=0,093-Lобщ=1,572 [м].
Фиг.3: Основные соотношения представлены в соответствующих элементах структурной схемы обработки сигналов (фиг.3).
Фиг.4а: Основные соотношения для функций Sh1(Re), Sh2(Re) тел обтекания Т01 (поз.1) и Т02 (поз.2) для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства:
- Диапазон изменений чисел Re: от 2000 до 10 для Т01 и от 1000 до 6 10 для Т02.
Нелинейность числа Shi составляет от среднего значения
- Нелинейность числа Sh2 составляет для того же диапазона чисел Re по отношению к среднему значению
Фиг.4b: Основные соотношения для функций Shi(Re), Sh2(Re) тел обтекания Т01 (поз.1), функционирующим совместно с турбулизатором потока, и Т02 (поз.2), функционирующего совместно с фигурным струевыпрямителем, для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства:
- Диапазон изменения чисел Re одинаков и составляет - от 1500 до 10.
- Нелинейность числа Sh1 в данном диапазоне чисел Re относительно среднего значения составляет +/-7,43%.
- Нелинейность числа Sh2 в том же диапазоне чисел Re относительно среднего значения составляет +/-6,97%.
Фиг.4с: Основные соотношения для функций Sh1(Re), Sh2(Re) тел обтекания Т01 (поз.1), функционирующего совместно с турбулизатором потока, и Т02 (поз.2), функционирующего совместно с фигурным струевыпрямителем и при взаимодействии Т01 и Т02 с местным гидравлическим сопротивлением для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства:
- Диапазон изменения чисел Re одинаков и составляет - от 1350 до 1,1×106.
- Нелинейность числа Shi в данном диапазоне чисел Re относительно среднего значения составляет +/-7,43%.
- Нелинейность числа Sh2 в том же диапазоне чисел Re относительно среднего значения составляет +/-6,98%.
Фиг.5а: Основные размеры на чертежах:
-Lr1=1,5 d;
-h=(0,04-0,1)d.
Фиг.5b: Основные размеры на чертежах:
-Lт2=d;
-h=(0,04-0,1)d.
Фиг.6а: Соотношения для тел обтекания с меньшим значением коэффициента лобового сопротивления Сх1 - для тел Т01:
1):h=d; 2):h=(1,2-1,5)d; 3): h=(0,8-0,9)d; 4):h=0,86d; 5):h=d; 6):h=d; 7):h=1,25d; 8):h=0,8d; 9):h=2d; 10):h=1,8d; 11):h=1,8d; 12):h=1,6 d.
Фиг.6b: Соотношения для тел обтекания с более высоким значением коэффициента лобового сопротивления Сх2 - для тел Т02:
1):h=(0,5-1,0)d; =(3-7) град;
2):h=(0,5-1,0)d.
Фиг.11: Основные соотношения:
-L=1,5 Dy;
-D1=(0,94-0,96)Dy;
-L7=0,5 Dy.
Фиг.12: Соотношения и размеры:
-L6=0,05 [м]; h'=h"=0,3 Dy; h'''=h''''=0,2 Dy.
Фиг.13: Соотношения и размеры:
-L5=0,05 [м];
-h3=0,004 [м];
-h4=0,002 [м];
-h5=0.002 [м];
-h6=0,004 [м].
Фиг.14: Размеры:
-d4'=(4,6-5,2) [мм];
-t1=(0,15-0,2) [мм];
-R1=0,05 [мм];
-d4'=(4,5-5,1) [мм];
-t2=(0,3-0,35) [мм];
-R2=100 [мм].
1. Устройства изготовлены в 6-ти вариантах исполнения. Каждый вариант содержит измерительный участок трубопровода (поз.1) на фиг.2а-2f, два тела обтекания различного профиля (поз.2, 3) на фиг.2a-2f, расположенные по потоку различным образом и имеющие внутри чувствительные элементы и индуктивные узлы съема сигнала. Тела обтекания Т01 и Т02 подобраны соответственно с меньшим и большим коэффициентом лобового сопротивления и имеющие возрастающий и, соответственно, убывающий характер передаточных коэффициентов В[имп/литр]. Выходные сигналы с узлов съема сигнала поступают на схему обработки сигналов (фиг.3), которая при определении среднего арифметического значения передаточных коэффициентов производит взаимокомпенсацию взаимопротивоположных нелинейностей этих коэффициентов, что позволяет существенно снизить систематическую погрешность устройства в целом.
2. В первом варианте исполнения устройства поток контролируемого расхода жидкости при прохождении мимо тел обтекания Т01 и Т02 образует за ними две вихревые дорожки Кармана, что создает на их боковых гранях пульсирующие давления с частотами вихреобразования Fвихр.1 и и Fвихр.2. Пульсирующие давления поступают через боковые каналы (поз.3, фиг.10) тел обтекания Т01 и Т02, попадает через кольцевые камеры, прорези в камеры, в которых расположены чувствительные элементы, соответственно (поз.26, 27, 23, 40, фиг.10), выполненные из магнитомягкого материала, например, из магнитной нержавейки 42НХТЮ или никеля. Чувствительные элементы приводятся в пульсирующие движения с частотами вихреобразования F1, 2. Тела обтекания (поз.2, фиг.10) выполнены из немагнитной нержавейки, например, из стали 12Х18Н10Т, что обеспечивает взаимодействие чувствительных элементов с индуктивными узлами съема сигнала (поз.10, фиг.10).
Особенностью работы чувствительных элементов является то, что в процессе работы во всем диапазоне измерений, при любой кинематической вязкости измеряемой среды и плотности чувствительные элементы никогда не достигают нижней и верхней стенок камеры и находятся в "подвешенном" пульсирующем состоянии с постоянной амплитудой колебаний, что резко повышает надежность и срок службы устройства, а также упрощает работу измерительной схемы; кроме того такая конструкция полностью исключает влияние внешних механических воздействий на работу устройства, т.к. формирование сигнала помехи может осуществиться при изменении взаиморасположения чувствительного элемента и узла съема, что невозможно, т.к. внешние вибрации и удары одинаково перемещают все элементы конструкции без изменения их взаиморасположения.
"Зеркальное" расположение передаточных коэффициентов устройств при любом (от 0,2 до 30 сСт) значении кинематической вязкости измеряемой среды (фиг.7а, 7в) объясняется взаимообратным распределением функций Shi и Sh2 тел обтекания Т01 и Т02 в диапазоне чисел Re (фиг.4а), что и приводит к тому, что при любой кинематической вязкости измеряемой среды в данном диапазоне измерений величина результирующей систематической погрешности резко снижается и имеет постоянное значение (фиг.7с). Данный эффект получен оптимальным выбором форм сечений Т01 (фиг.6а) и Т02 (фиг.6b). На фиг.2а,...2f приводится одна из оптимальных пар Т01 и Т02 - цилиндр (Т01), фиг.6а и призма квадратного сечения (Т02), фиг.6b.
Схема обработки сигналов (фиг.3) одинакова для всех 6-ти вариантов исполнения устройства и работает следующим образом.
Синусоидальные сигналы с узлов съема сигнала по шинам (поз.5, 6) поступают на пороговые устройства (поз.11, 12) и преобразуются в импульсные последовательности электрических импульсов прямоугольной формы со скважностью, равной двум, и выводятся на входы схемы определения среднеарифметического значения "единой" для данного устройства частоты выходного сигнала, пропорциональной с минимизированной нелинейностью величине измеряемого расхода (поз.13). Далее сигнал Fвых поступает на микропроцессор, который переводит это значение в код интерфейса стандарта RS-485 и в унифицированный токовый сигнал (4-20) мА. Поканальные значения частот f1 и f2 также заводятся через микропроцессор в стандарт RS-485. Микропроцессор выводит на выход устройства также и значение Fвых для проведения поверки устройства. Далее поканальные (синусоидальные или прямоугольные) частотные сигналы f1 и f2 заводятся на устройства определения передаточных коэффициентов В1 и В2 (поз.14 и 15), выходы которых заводятся на устройства определения среднеарифметического значения Вср (поз.16) и их разницы delB (поз.17) и среднеквадратичного значения Ввых (поз.18). Величины В1, В2, Вср, delB и Ввых выводятся на микропроцессор для необходимых преобразований информации в визуальную форму на дисплей устройства и в виде кодов в интерфейс стандарта RS-485.
3. Второй вариант исполнения устройства отличается от 1-го только в части взаиморасположения Т01 и Т02, которое изменено на обратное. Работа прибора аналогична работе прибора по варианту 1. Распределение функций Sh1,2(Re) аналогичен фиг.4а, а метрологические характеристики и диапазоны измерений - фиг.7с. Распределение функций B1,2(Q) аналогично фиг.7а, 7b. Схема обработки сигнала аналогична варианту 1.
4. Третий вариант исполнения устройства показан на фиг.2с. 1-м по потоку установлено тело Т01, перед которым установлен турбулизатор потока (поз.8), предназначенный для уменьшения порога срабатывания 1-го канала в сторону меньших значений чисел Re (с величины Remin=2000 для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройств до Remin=1500. Перед телом обтекания Т02 установлен фигурный струевыпрямитель, выполняющий две функции: снижения расстояния между телами обтекания за счет обеспечения между ними гидравлической развязки, что уменьшает габариты устройства в целом и увеличивает порог срабатывания 2-го канала в сторону больших значений чисел Re; по сравнению с вариантам исполнения 1 и 2 число Re2 Т02 увеличивается с 1000 до 1500. Этими двумя устройствами обеспечивается одновременное начало работы 2-х каналов измерения со значений Re1min=Re2min=1500 (фиг.4b). В 1-м и 2-м вариантах оба канала измерения начинают функционировать одновременно с Remin=2000.
Соответственно возрастают и диапазон измерения устройства и диапазон возможного изменения кинематической вязкости измеряемой среды до zmax=40 сСт (Фиг.8а-с).
На входе устройства установлен стандартный решетчатый струевыпрямитель для уменьшения длины входной части измерительного участка трубопровода устройства (поз.7, фиг.2с), чертеж которого дан на фиг.12. Чертеж турбулизаторов для 3-го варианта исполнения устройства представлен на фиг.5а. Конфигурация фигурного струевыпрямителя (поз.9, фиг.2с; фиг.13) выбрана таким образом, что наибольшее "успокоение" потока осуществляется в центре потока, т.к. каналы отбора пульсирующего давления находятся именно в центре потока и применение, в данном случае, обычного струевыпрямителя приводит только к неоправданному увеличению потерь напора устройства в целом.
5. 4-й вариант исполнения устройства отличается от 3-го только в части взаиморасположения Т01 и Т02, которое изменено на обратное. Соответственно изменено и расположение турбулизатора (поз.8, фиг.2d; фиг.5b) и входной струевыпрямитель, функции которого в данном случае несет на себе фигурный струевыпрямитель (поз.9, фиг.2d). Распределение функций Sh1,2(Re) аналогично расположению на фиг.4b, а метрологические характеристики и диапазоны измерений идентичны фиг.8с. Распределение функций B1,2(Q) аналогично фиг.8а,b.
6. 5-й вариант исполнения устройства (фиг.2е) аналогичен варианту 3 и отличается от него в части добавления на конце трубопровода местного гидравлического конусно-раструбного сопротивления, которое позволяет снизить величины Re 1,2 min с величины 1500 до величины 1350 (фиг.4с) и увеличить значения Re 1,2 max с величины 106 до величины 1,1×106 (фиг.4с). Соответственно расширяется диапазон измерения (фиг.9с). Распределение функций B1,2(Q) представлено на фиг.9а,b. Турбулизатор потока (поз.8, фиг.2е) аналогичен турбулизатору потока для варианта 3 (фиг.5а). Входной струевыпрямитель (поз.7) аналогичен струевыпрямителю для варианта 3 (фиг.2е). Фигурный струевыпрямитель (поз.9) аналогичен фигурному струевыпрямителю по вариантам исполнения устройства 3 и 4.
7. 6-й вариант исполнения устройства (фиг.2f) аналогичен варианту 5 и отличается от него только в части расположения Т01 и Т02, которое изменено на обратное. Входной струевыпрямитель отсутствует, т.к. его функции несет фигурный струевыпрямитель (поз.9, фиг.21). Турбулизатор потока (поз.8, фиг.21) аналогичен турбулизатору по варианту 4. Местное гидравлическое конусно-раструбное сопротивление (поз.10, фиг.2f) аналогичен варианту 5. Диапазон чисел Re, распределение функций Sh1,2(Be), распределение функций B1,2(Q) аналогичны варианту 5.
Изобретение обеспечивает:
1. Расширение диапазона измерения расходов. Диапазон измерения для z=1 сСт (вода при Т град.С=20) составляет 33,3:1; для z=0,2 сСт (вода при Т град.С=150)-166,7:1 для 1-го и 2-го вариантов исполнения устройства; для 3-го и 4-го вариантов исполнения устройства: (44,4:1) и (222,2:1) соответственно; для 5-го и 6-го вариантов исполнения устройства: (55,5:1) и (277,7:1) соответственно.
2. Постоянство относительной погрешности измерения при любом расходе и при любом от (0,2 до 30-40) сСт значений кинематической вязкости измеряемой среды.
3. Возможность работы в суженном диапазоне на средах с большим значением кинематической вязкости с малой относительной погрешностью.
4. Относительная погрешность измерения, равная (+/-0,39 - +/-0,22)% в данном патенте приведена для пары тел обтекания в виде цилиндра и квадрата. Более тщательный подбор пары тел обтекания из рекомендаций, приведенных на фиг.6а,b позволяет снизить эту величину до +/-0,15%, что позволяет использовать устройства для коммерческого учета ГСМ.
5. Частичное снижение величины дополнительной температурной погрешности из-за изменения кинематической вязкости от температуры, т.к. коэффициенты В1 и В2 изменяются на одинаковую величину, но в противоположные стороны, при этом среднее значение Вср. остается неизменным.
6. Повышение всех параметров по надежности устройства ввиду его двухканальности и обеспечения режима т.н. "горячего резервирования", когда отказ одного из каналов измерения приводит только к некоторому увеличению относительной погрешности измерения, но не приводит к аварийным ситуациям на объекте.
7. Двухканальное построение устройства позволяет также преодолеть метрологическое положение "Закона о трех сигмах", когда поверочный расходомерный стенд необходимо выбирать в три раза точнее, чем ожидаемая погрешность устройства; например, при аттестации устройства в класс 0,15 требуется расходомерный эталон класса 0,05. В данном случае требования к эталону могут быть снижены до величины 0,05×1,41=0,07 при 2-х телах обтекания, до величины 0,05×1,73=0,0866 при 3-х телах обтекания и т.д. Данное положение может применятся и с другой точки зрения - при наличии эталона классом 0,05 устройство может быть аттестовано не в класс 0,15, а в класс 0,15/1,41=0,106 при 2-х телах обтекания и в класс 0,15/1,73=0,087 при трех телах обтекания и т.д.
8. Обеспечение режима непрерывной автоматической самодиагностики устройства ввиду корреляционной взаимосвязи 2-х каналов измерения.
9. Исключение традиционных споров между метрологами, проводящими поверку устройства, с одной стороны, и разработчиками и эксплуатационщиками, с другой стороны, по вопросу нестабильности стенда, или устройства при получении нестабильных показаний в режиме многократных измерений. В данном случае: при сохранении разницы показаний 2-х или более каналов измерения стабильного значения (del В - constant) при нестабильных результатах многократных измерений однозначно неисправен стенд; при обратной ситуации, когда при нестабильных результатах измерений наблюдается разброс величины "del В", - неисправно устройство.
10. Снижение потерь давления на устройстве, несмотря на наличие, по крайней мере, 2-х тел обтекания из-за малых величин d/Dy. В традиционных вихревых расходомерах с одним телом обтекания требуется оптимальное соотношение этих величин для получения приемлемой погрешности измерения и оптимальной считается величина в 0,3-0,23. В данном случае уменьшение величины d1/Dy и d2/Dy приводит к одновременному увеличению погрешностей каналов измерения, но в разные стороны, которые при обработке сигналов компенсируют друг друга и в результате остается та же минимизированная величина нелинейности устройства в целом.
11. Уменьшение габаритов устройства по 3-му - 6-му вариантам исполнения ввиду уменьшения длин дорожек Кармана, получаемых при применении тел обтекания с малыми величинами характерных размеров "d", что влечет за собой уменьшение металлоемкости, веса и стоимости устройства.
1. Вихревой расходомер, содержащий расположенные в трубопроводе друг за другом по потоку и имеющие одинаковый характерный размер «d» два тела обтекания с установленными в каждом из них чувствительным элементом и узлом съема сигнала и схему обработки выходных сигналов узлов съема сигнала, отличающийся тем, что тела обтекания имеют различные профили соответственно с меньшим и большим коэффициентами лобового сопротивления, при этом профили тел обтекания выбраны с обеспечением взаимообратного поведения передаточных коэффициентов каналов измерения в диапазоне измерения расхода.
2. Вихревой расходомер по п.1, отличающийся тем, что перед телом обтекания с меньшим коэффициентом лобового сопротивления имеется турбулизатор потока, а перед телом обтекания с более высоким коэффициентом лобового сопротивления установлен фигурный струевыпрямитель, выполненный в виде перекрестья плоскостей, имеющих наибольшую протяженность в центре трубопровода и наименьшую на его периферии.
3. Вихревой расходомер по п.2, отличающийся тем, что турбулизатор выполнен в виде углублений на внутренней стенке трубопровода.
4. Вихревой расходомер по п.2 или 3, отличающийся тем, что на выходе трубопровода установлено конусно-раструбное местное гидравлическое сопротивление.
