Датчик ультразвукового расходомера



Датчик ультразвукового расходомера

 


Владельцы патента RU 2517996:

Закрытое акционерное общество "Взлет" (RU)

Датчик ультразвукового расходомера может быть использован для определения расхода газов и жидкостей. Он состоит из пролетного канала, в торцах которого установлены акустические преобразователи, и двух патрубков, соединяющих пролетный канал с контролируемым трубопроводом. Акустическая ось преобразователей смещена относительно оси симметрии пролетного канала. Контролируемая среда из патрубков вводится в пролетный канал через его боковую поверхность, соединенную с боковой поверхностью патрубков, и таким же образом выводится из него. Технический результат - конструктивное упрощение устройства, уменьшение габаритов без ухудшения функциональных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к расходомерной технике, в частности к конструкциям время-импульсных ультразвуковых (УЗ) расходомеров, и может быть использована для определения расхода газов и жидкостей.

Измерение расхода ультразвуковым методом сводится к измерению скорости потока измеряемого вещества.

УЗ датчики расходомеров содержат измерительный (пролетный) канал, встроенный в основной трубопровод, входную и выходную камеры, в которых установлены электроакустические преобразователи. Электроакустические преобразователи излучают и принимают акустические импульсы, направляемые по потоку и против него. По разности времен прохождения импульса вдоль и против потока Δτ определяют скорость потока V по следующей формуле:

V = L 2 Δ τ τ 1 τ 2

где Δτ=τ21; τ2 - скорость прохождения акустического импульса против потока; τ1 - скорость прохождения акустического импульса вдоль потока; L -путь, который проходит акустический импульс. Затем по известной площади поперечного сечения пролетного канала вычисляют расход измеряемой среды.

Известен датчик УЗ расходомера (JP, заявка №2009236850, Ультразвуковой расходомер), в состав которого входит пролетный канал и два крайних (коленных) участка, расположенные под углом к пролетному каналу. В коленных участках установлены акустические датчики, излучающие навстречу друг другу, которые зондируют поток, протекающий по пролетному участку.

Конструктивной особенностью такого типа расходомеров является то, что коленные соединения позволяют устанавливать акустические преобразователи таким образом, чтобы они не оказывали никакого возмущающего воздействия на измеряемый поток. Преобразователи можно установить как снаружи пролетного канала, так и внутри него - в области коленных соединений.

Недостатком рассматриваемого датчика являются его большие габариты, которые определяются не столько тем, что длина его средней части должна быть достаточной для получения значительной величины Δτ, а сколько тем, что элементы его соединения с контролируемым трубопроводом в связи с его конструктивными особенностями должны быть больших габаритов.

Известен УЗ датчик расходомера (патент RU №2331851, МПК G01F 1/66), габариты которого значительно меньше, чем у датчика, рассмотренного выше. По совокупности существенных признаков это решение является наиболее близким к предлагаемому.

Известный УЗ датчик расходомера содержит пролетный канал, каждый конец которого подсоединен к камере, а камеры соединены с концами контролируемого трубопровода. В этих проточных камерах установлены акустические преобразователи, с помощью которых измеряется скорость потока в пролетном канале.

Недостатком известного устройства является то, что акустические преобразователи находятся в камерах, которые заполнены водой. В подобного вида преобразователях акустические блоки оказывают влияние на поведение потока и искажают результаты измерения. В рассматриваемом решении это влияние сведено к минимуму за счет увеличения объема камер, т.е. за счет увеличения габаритов. Но вторым недостатком является сложность самой установки акустических блоков внутри камер, их гидроизоляция и гидроизоляция системы подводки электрического напряжения.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка ультразвукового датчика небольших габаритов, в котором акустические блоки не оказывают возмущающего влияния на контролируемый поток.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый ультразвуковой датчик расходомера, как и известный, содержит пролетный канал и акустические преобразователи, направленные навстречу друг другу. Но, в отличие от известного, в предлагаемом датчике внешняя поверхность пролетного канала соединена с краями стенок двух патрубков, предназначенных для его соединения с контролируемым трубопроводом, а края каждого патрубка образованы вырезом части его поверхности вдоль его продольной стенки, контактирующей с пролетным каналом, на обоих концах которого выполнены отверстия для ввода и вывода измеряемой среды, причем акустические преобразователи установлены на глухих торцах пролетного канала со смещением акустической оси от оси симметрии канала в сторону, противоположную стороне с отверстиями.

Техническим результатом является конструктивное упрощение устройства за счет того, что в нем не возникает сложностей с гидроизоляцией проводов. Установка акустических преобразователей на торцах пролетного канала позволяет не размещать провода в измеряемой среде, при этом габариты устройства не увеличиваются. Для того чтобы указанные конструктивные изменения не повлияли на точность измерений, акустическая ось смещена в сторону смещения линии максимальной скорости потока, которое происходит при подведении потока к пролетному каналу через боковую стенку.

Совокупность признаков, сформулированная в пункте 2 формулы изобретения, характеризует датчик ультразвукового расходомера, в котором диаметры пролетного канала и дополнительных патрубков равны, а площади отверстий в боковых стенках пролетного канала выбраны из условия их равенства площади поперечного сечения пролетного канала.

Такое техническое решение обеспечивает постоянство поперечного сечения потока измеряемого вещества при его прохождении через датчик ультразвукового расходомера. Следствием этого является повышение достоверности измерений и минимизация потерь напора.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показан предлагаемый датчик ультразвукового расходомера, вид спереди в разрезе.

Датчик ультразвукового расходомера содержит пролетный канал 1 с глухими торцами, на которых установлены акустические преобразователи 2, излучающие навстречу друг другу. Дополнительные патрубки 3 предназначены для соединения пролетного канала с контролируемым трубопроводом. Для того чтобы жидкость (газ) поступала из него в пролетный канал в них выполнены два отверстия 4 и 5 для ввода и вывода измеряемого потока. Особенностью патрубков является составная форма их поверхности в готовом изделии, поскольку вырезанную часть заменяет поверхность пролетного канала, которая приварена к краям выреза дополнительных патрубков. Ширина выреза определяется размером отверстий - она должна быть, по крайней мере, не меньше величины отверстия. Для выполнения условий, сформулированных в пункте 2 формулы изобретения, размеры отверстий должны быть такими, чтобы площадь каждого отверстия равнялась площади поперечного сечения пролетного канала и площади поперечного сечения дополнительного патрубка.

Жидкость (газ), при прохождении пролетного канала, зондируется акустическими преобразователями ультразвуковой частоты. При пропускании зондирующего сигнала по потоку в качестве излучателя работает первый акустический преобразователь, а в качестве приемного - второй. Ультразвуковые колебания проходят только по прямолинейному участку. Пропускание зондирующего сигнала против потока происходит аналогично, только в качестве излучателя работает второй преобразователь, а в качестве приемника - первый. При наличии расхода контролируемой среды происходит сложение векторов скорости ультразвуковых колебаний и скорости контролируемой среды, приводящее к изменению времени распространения ультразвука между электроакустическими преобразователями, при этом по направлению потока среды время уменьшается, а против потока возрастает.

В трубопроводах круглого сечения местные скорости потока изменяются вдоль сечения, принимая максимальные значения в области оси трубопровода. Функция, которая описывает такие изменения, называется эпюрой скоростей. При прохождении потока через рассматриваемый датчик ультразвукового расходомера эпюра скоростей в пролетном канале будет отличаться от осесимметричной формы из-за смещения области максимальных скоростей относительно оси трубопровода. Поэтому поступление контролируемой среды через боковую поверхность пролетного канала накладывает определенное условие на размещение преобразователей, а именно, они должны быть расположены не по центру канала, а со смещением акустической оси в сторону, противоположную стороне, на которой находятся входное и выходное отверстия, именно так смещается линия максимальной скорости эпюры скоростей. Такое расположение преобразователей позволяет зондировать поток в области его максимальных скоростей. Следствием этого является получение более гладкой расходомерной характеристики и повышение чувствительности расходомера.

Описание устройства показывает, что предложен достаточно малогабаритный датчик расходомера простой конструкции. При этом в этой конструкции отсутствуют элементы, которые могут оказывать возмущающее воздействие на поток и тем самым искажать достоверность измерений.

1. Датчик ультразвукового расходомера, содержащий пролетный канал и электроакустические преобразователи, излучающие навстречу друг другу, отличающийся тем, что внешняя поверхность пролетного канала соединена с краями стенок двух патрубков, предназначенных для его соединения с контролируемым трубопроводом, а края каждого патрубка образованы вырезом части его поверхности вдоль его продольной стенки, контактирующей с пролетным каналом, на обоих концах которого выполнены отверстия для ввода и вывода контролируемой среды, причем электроакустические преобразователи установлены на глухих торцах пролетного канала со смещением акустической оси от оси симметрии канала в сторону, противоположную стороне с отверстиями.

2. Датчик ультразвукового расходомера, отличающийся тем, что диаметры пролетного канала и дополнительных патрубков равны, а площади отверстий в боковых стенках пролетного канала выбраны из условия их равенства площади поперечного сечения пролетного канала.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к измерительной технике и, в частности, к способу и системе обнаружения и отслеживания отложений. Система обнаружения нароста отложений в ультразвуковом расходомере включает ультразвуковой расходомер, муфту, пару преобразователей, закрепленных на муфте.

Ультразвуковой преобразователь ультразвукового расходомера снабжен корпусом, содержащим ближний к месту крепления конец, дальний к месту крепления конец и внутренний объем.
Способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси, включающий зондирование восходящего потока несепарированной газожидкостной смеси непрерывным ультразвуковым сигналом, прием отраженного от неоднородностей сигнала, комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие, проведение спектрального анализа с определением знака преобладающей частоты, определение частоты сигнала и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение.

Изобретение относится к системам выравнивания потока текучей среды в проточной части расходомеров или в трубопроводах на входе расходомеров, предназначенных для измерений объемного расхода текучих сред.

Изобретение относится к бытовым ультразвуковым счетчикам для измерения расхода газа. Техническим результатом является повышение точности, а также увеличение динамического диапазона измеряемого расхода газа.

Изобретение относится к жидкостным и газовым ультрозвуковым расходомерам. Пьезоэлектрический узел для ультразвукового расходомера содержит пьезоэлектрический элемент, содержащий первую поверхность и вторую поверхность, пьезоэлектрический первый электрод, взаимодействующий с первой поверхностью, и второй электрод, взаимодействующий со второй поверхностью.

Изобретение относится к способу и устройству для определения расхода протекающей жидкости. .

Предложен ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В одном из примеров реализации настоящего изобретения ультразвуковой расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и канал преобразователя, проходящий к сквозному отверстию. Кроме того, ультразвуковой расходомер содержит пьезоэлектрический модуль с пьезоэлементом. Кроме того, преобразовательный блок содержит трансформаторный модуль с трансформатором. Трансформаторный модуль присоединен к пьезоэлектрическому модулю. Кроме того, преобразовательный блок содержит приемный модуль, присоединенный к трансформаторному модулю. Приемный модуль содержит корпус приемника и приемник, расположенный в корпусе приемника соосно с ним. Приемник электрически присоединен к трансформатору. Кроме того, приемник выполнен с возможностью его поворота относительно корпуса приемника между первым и вторым положениями. Технический результат - улучшение эксплуатационной надежности и технического обслуживания, а также качества ультразвукового сигнала. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 18 ил.

В одном из примеров реализации ультразвуковой расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, ультразвуковой расходомер содержит блок преобразователя, расположенный в посадочном гнезде преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит держатель трансформатора, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, удаленный от сквозного отверстия патрубка. Кроме того, блок преобразователя содержит пьезоэлектрический модуль с пьезоэлементом. Пьезоэлектрический модуль соединен с блоком преобразователя и проходит в целом в осевом направлении от первого конца держателя преобразователя. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль с трансформатором. Трансформаторный модуль соединен с блоком преобразователя и расположен в осевом направлении на расстоянии от пьезоэлектрического модуля. Технический результат - улучшение эксплуатационной надежности и технического обслуживания, а также качества ультразвукового сигнала, передаваемого в текучую среду, что способствует повышению точности измерения. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 20 ил.

Ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В некоторых примерах реализации ультразвуковой расходомер содержит патрубок, блок преобразователя и блок заглушки посадочного гнезда. Патрубок имеет сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее между сквозным отверстием и внешней поверхностью патрубка. Блок преобразователя расположен в посадочном гнезде преобразователя и содержит трансформатор, пьезоэлемент и расположенное между ними электрическое соединение. Блок заглушки посадочного гнезда присоединен к блоку преобразователя. Блок заглушки посадочного гнезда принимает кабель, присоединенный к блоку преобразователя, и подпружинен для перемещения блока заглушки посадочного гнезда по направлению к блоку преобразователя для противодействия электрическому отсоединению кабеля от блока преобразователя. Технический результат - улучшение качества ультразвуковых сигналов, а следовательно, повышение измерительной точности. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и измерения расхода двухфазного потока сыпучих диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу. В способе измерения расхода двухфазного потока сыпучего диэлектрического материала, перемещаемого воздухом по металлическому трубопроводу, включающем пропускание потока через электрическое поле и преобразование измерительных сигналов в цифровую форму, электрическое поле направляют перпендикулярно потоку через диэлектрические окна в трубопроводе, амплитудно модулируют токами поляризации диэлектрического материала световую волну, проходящую через амплитудный оптический модулятор света, регистрируют ее интенсивность, после преобразования измеренных сигналов в цифровую форму определяют элементарную массу материала в измерительном объеме, массу материала за время транспортирования путем циклического сложения элементарных масс, затем определяют массовый и объемный расходы материала за время транспортирования. Технический результат - упрощение способа и повышение точности измерения. 1 ил.

Ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя. Посадочное гнездо преобразователя проходит вдоль центральной оси от открытого конца в сквозном отверстии к закрытому концу, являющемуся удаленным по отношению к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит акустический преобразователь, расположенный в посадочном гнезде преобразователя. Преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент. Кроме того, расходомер содержит дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя. Дренажное отверстие расположено в осевом направлении между открытым концом и закрытым концом посадочного гнезда преобразователя. Кроме того, расходомер содержит дренажную трубку, имеющий впускной конец, присоединенный к дренажному отверстию, и выпускной конец, противоположный впускному концу. Дренажное отверстие выполнено с возможностью отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя во впускной конец дренажной трубки. Технический результат - возможность установления ультразвукового расходомера в большем количестве разнообразных положений и ориентаций с одновременной минимизацией накапливания жидкости, по меньшей мере, в одном посадочном гнезде преобразователя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ измерения расхода жидкости, протекающей через канал заключается в то, что в сечении канала выбирают сложную виртуальную измерительную поверхность, перекрывающую полностью все сечение канала, затем, в ее геометрическом центре или центрах устанавливают ультразвуковой источник или источники, формирующие группу узконаправленных лучей, пронизывающих виртуальную измерительную произвольную поверхность с заданным шагом по широте и долготе так, что она покрывается сеткой точек пересечения каждого луча с виртуальной измерительной поверхностью, причем каждый луч перпендикулярен поверхности в точке пересечения. Затем для каждого луча проводят измерение скорости потока вдоль луча в точке пересечения с виртуальной измерительной поверхностью в направлении нормали к упомянутой поверхности по доплеровскому смещению частоты эхосигнала от точки пространства на виртуальной измерительной поверхности, после чего проводят интегрирование по всем точкам сетки. Технический результат - повышение точности измерения расхода, обеспечение обслуживания без осушения канала и даже без остановки гидроэнергетических установок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для определения скорости потока газовой среды. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют генерирование ультразвуковых колебаний, прием ультразвуковых колебаний электроакустическими преобразователями, измерение разности фаз электрических колебаний между сигналами от электроакустических преобразователей и вычисление скорости потока по разности фаз, при этом в зависимости от управляющего напряжения, посредством коммутатора на вход измерителя разности фаз подаются сигналы от электроакустических преобразователей 1, 2, 3, из которых электроакустические преобразователи 1, 2 расположены на концах измерительного канала, а преобразователь 3 - на расстоянии одной длины волны распространения ультразвука в воздухе; при нулевом управляющем напряжении обрабатывается сигнал с преобразователей 2 и 3 и запоминаются результаты измерения скорости звука; когда управляющее напряжение принимает значение единицы, через коммутатор проходят сигналы от преобразователей 1 и 2, а на выходе запоминающего устройства выдается запомненный результат измерения электрических сигналов, полученных на выходах преобразователей 2 и 3, и текущее значение разности фаз, полученное на выходе преобразователей 1 и 2; вычислительное устройство рассчитывает мгновенное значение скорости потока газовой среды. Технический результат: обеспечение возможности повышения быстродействия определения скорости потока газовой среды и обеспечение возможности представления результатов в режиме реального времени. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к технике измерения расхода жидкости или газа. Способ включает этапы, выполняемые без прекращения потока текучей среды через расходомер, передачу ультразвукового сигнала первой частоты через указанную текучую среду; регулировку частоты с изменением первой частоты на вторую частоту и передачу другого ультразвукового сигнала второй частоты через указанную текучую среду, причем способ дополнительно включает использование одного общего акустического согласующего слоя для указанных ультразвукового сигнала и другого ультразвукового сигнала. Система содержит пьезоэлектрический элемент, выполненный с возможностью резонировать более чем на одной частоте; акустический согласующий слой, соединенный с пьезоэлектрическим элементом и выполненный с возможностью обеспечения согласования импеданса на каждой из указанной более чем одной частоты; возбуждающее устройство для одновременного возбуждения указанной более чем одной частоты с обеспечением одновременной выработки указанным элементом более чем одного сигнала; оценивающее устройство для оценки качества указанного более чем одного сигнала и выбирающее устройство для выбора, с использованием указанной оценки, одной частоты из указанной более чем одной частоты для ее возбуждения. Расходомер, содержащий пьезоэлектрический элемент, выполненный с возможностью резонировать на различных частотах; акустический согласующий слой, сопряженный с указанным элементом и выполненный с возможностью обеспечения согласования акустического импеданса на указанных различных частотах, причем пьезоэлектрический элемент испускает первый сигнал через текучую среду, проходящую через расходомер, и испускает другой сигнал вместо первого сигнала на основании оценки качества указанного первого сигнала, а указанные первый и другой сигналы имеют различные частоты. Технический результат заключается в повышении точности измерения расхода. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения газообразных и текучих сред, а также в коммерческих расчетах. Способ измерения расхода среды, при котором основной поток суммируют с обратным потоком, проводят суммарный поток через основной расходомер, измеряют его, далее разделяют его на два потока, один из которых считают равным входящему и направляют в нагрузку, другой - считают обратным, измеряют своим расходомером и вычитают из суммарного потока. При этом разделяют весь диапазон измерения на две части - первая часть измерения с обратным потоком, вторая часть измерения без обратного потока. В первой части диапазона обратный поток принудительно направляют к основному потоку для суммирования, изменяют его величину инверсно к величине основного потока. Во второй части диапазона расход основного потока измеряют основным расходомером без обратного потока. Кроме того, по изобретению устанавливают связь пропорциональной и инверсной между обратным потоком и основным. Технический результат - расширение диапазона измерения расхода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения расхода многофазной жидкости, заключающийся в измерении акустического шума, создаваемого движением жидкости при протекании ее через известное сечение, скорость прохождения жидкости определяют по частоте акустических шумов, вызываемых неравномерностью движения жидкости, предварительно измеряют температуру потока и давление в трубе, плотности каждой из фаз, а затем на основе предложенных зависимостей рассчитывают объемную или массовую доли каждой фазы. При этом, используя лабораторные результаты, составляют уравнения зависимости скорости звука каждой фазы от давления и температуры, а уравнение скорости звука для воды дополняют зависимостью от солености воды, при этом полученные уравнения записывают в расчетный блок, измеряют давление и температуру в трубопроводе, измеряют соленость воды, измеряют и записывают амплитуды и частоты колебаний трубы, по которой протекает многофазная жидкость, измеряемый диапазон частот делят на части, соответствующие каждой фазе, в каждой из частей после применения быстрых преобразований Фурье выделяют максимальные значения амплитуд и соответствующие им частоты и вычисляют объемный расход каждой фазы жидкости по соответствующей формуле. Технический результат - уменьшение погрешности измерения каждой фазы. 4 ил.
Наверх