Способ определения расхода

 

\ \ 1 Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: излучают ультразвуковые сигналы в измеренный поток, принимают эти сигналы и образуют синхрокольца при зондировании по и против потока, измеряют величину отрезка акустической оси, находящегося внутри трубопровода, и определяют величину расхода с учетом диаметра трубопровода, угла наклона акустической оси к оси трубопровода и длины акустической оси. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода вещества с помощью ультразвуковых сигналов.

Известен ультразвуковой способ измерения скорости потока, основанный на работе в одном электроакустическом канале двух синхроколец, одно из которых работает по потоку, другое против потока [1] Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ определения расхода путем излучения и приема ультразвукового сигнала, образования синхроколец и измерения их частот [2] Однако известные способы обладают недостаточной точностью измерения расхода.

Задачей изобретения является повышение точности измерения. Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения расхода, включающем излучение и прием ультразвукового сигнала, образование синхроколец и измерение их частот, дополнительно измеряют длину участка акустической оси, находящейся внутри трубопровода, и время прохождения сигнала в электрических цепях и по значению этих параметров определяют расход по формуле: где f₁ и f₂ частоты следования синхроколец при зондировании по и против потока; D_вн внутренний диаметр трубопровода; L расстояние между приемопередающими преобразователями (акустическая ось); L₁ длина отрезка акустической оси, находящейся внутри трубопровода; α- угол наклона акустической оси; K₂ коэффициент, учитываюший отклонение средней скорости по пути следования акустического луча от средней скорости в трубопроводе и зависит от величины смещения акустической оси С относительно оси трубопровода и числа Рейнольдса Re;
K₃ коэффициент, учитывающий изменение разностной частоты (f₁ f₂) за счет задержки прохождения сигнала в линиях связи и измерительного прибора.

Измерение диаметра трубопровода L, a, L₁ производятся при монтаже измерительного участка трубопровода.

Одним из показателей ультразвукового частотно-импульсного способа измерения расхода является частота синхроимпульсов, зондируемых по потоку, которая без учета времени прохождения по линиям связи и измерительному прибору равна

и против потока

где C скорость ультразвука в данной среде; V средняя скорость между приемопередающими преобразователями;4 α угол наклона акустической оси преобразователя;
L расстояние между приемопередающими преобразователями.

Разностная частота (f₁ f₂) будет равна

откуда
Объемный расход Q будет равен
Q V_ср.тр.·F (4)
где V_ср.тр. средняя скорость внутри трубопровода;
F площадь поперечного сечения трубопровода
V_ср.тр. V_вн.а.л.·K₂ (5),
где V_вн.а.л. средняя скорость внутри трубопровода по пути следования акустического луча.

где D_вн внутренний диаметр трубопровода.

Очевидно, что средняя скорость внутри трубопровода по пути следования акустического луча V_вн.а.л. будет во столько раз больше скорости между приемопередающими преобразователями, во сколько рая расстояние между приемопередающими преобразователями L больше расстояния между точками пересечения акустической оси с внутренними стенками трубопровода L₁ (см. чертеж).

откуда

Подставляя в формулу (4) значения V_вн.а.л. из формул (7), (6), (5) и (3)получим
где K₁ коэффициент преобразования и равен

Таким образом, по значениям разностной частоты (f₁ f₂), постоянного коэффициента преобразования K₁, определяемого по линейноугловым параметрам преобразователя, таким как: расстояние между приемопередающими преобразователями L, внутреннего диаметра трубопровода D_вн, угла наклона акустической оси α и расстояния между точками пересечения акустической оси с внутренними стенками трубопровода L₁, коэффициента K₂, можно определить расход.

Для повышения точности измерения вводится поправочный коэффициент K₃, который учитывает изменение разностной частоты за счет вpемени прохождения сигнала в электрических цепях измерительного прибора, преобразователя и соединительных линий и зависит от соотношения времени прохождения сигнала в измерительных цепях и линиях связи и времени прохождения акустического сигнала в трубопроводе.

Отсюда формула определения расхода имеет вид

Формула изобретения

Способ определения расхода, включающий излучение и прием ультразвукового сигнала, образование синхроколец и измерение их частот при зондировании по и против потока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют длину отрезка акустической оси, находящегося внутри трубопровода, и время прохождения ультразвукового сигнала в электрических цепях, а величину расхода определяют по формуле

где f₁ и f₂ частоты следования синхроколец при зондировании по и против потока;
D_вн внутренний диаметр трубопровода;
L расстояние между приемопередающими преобразователями;
L₂ длина отрезка акустической оси, находящегося внутри трубопровода;
α угол наклона акустической оси к оси трубопровода;
K₂ коэффициент, учитывающий отклонение средней скорости потока по пути следования акустического луча от средней скорости в трубопроводе, зависящий от величины смещения акустической оси от оси трубопровода и числа Re;
K₃ коэффициент, учитывающий изменение разностной частоты (f₁ и f₂) за счет задержки прохождения сигнала в электрических цепях.

РИСУНКИ

Рисунок 1