Гидроакустический способ контроля скорости потока жидких сред в трубопроводах


 


Владельцы патента RU 2550758:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского Флота "Военно-морская академия имени адмирала Флота советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области гидроакустической метрологии. Сущность: при использовании известного свойства электроакустических излучателей изменять соотношение величин активной и реактивной составляющих своего сопротивления излучения в соответствии с флюктуациями характеристик среды - ее плотности, температуры и давления. Таким образом, контролируя соотношение названных величин, можно получать информацию о характеристиках среды и их динамике, сопровождающей, в частности, прокачивание жидкости в трубопроводах. Это соотношение при работе генератора на комплексную нагрузку однозначно характеризуется фазовым сдвигом между подводимым к излучателю напряжением и потребляемым им током, поэтому последний (фазовый сдвиг) и выбирают в качестве контролируемого параметра в предлагаемом способе контроля скорости потока и объемов прокачиваемых жидких сред в трубопроводах. Технический результат: существенное упрощение реализуемых по этому способу устройств со значительным снижением затрат на их производство, установку и эксплуатацию, что повлечет за собой повышение надежности последних и возможность реализации мобильного варианта устройства в целом.

 

Изобретение относится к области гидроакустической метрологии, а именно измерению параметров гидроакустического поля с помощью приемоизлучающих электроакустических преобразователей (ЭАП) в жидкой, прокачиваемой в трубах среде и может быть использовано в целях контроля скорости потока и объемов прокачиваемых сред.

Предмет предлагаемого изобретения (способ измерения скорости потока жидких сред) нашел свою реализацию как в виде результатов теоретических исследований, так и на практике - в виде специальных устройств, в частности, широко известны такие устройства с реализованными аналогами данного изобретения, как, например, бытовые и промышленные счетчики объемов прокачиваемых по трубопроводам газа, воды или горючего, использующие встроенные в эти среды механические и акустические датчики скорости потока жидких сред, причем последние могут быть и внешними, но имеющими акустико-механический контакт с трубопроводом. В литературных источниках отмечается использование и других полей, характеристики которых могут изменяться в зависимости от динамического состояния среды, например измерение скорости потока электропроводящих сред в магнитном поле по контролю индуцируемой при этом эдс [1-3].

Гидроакустические аналоги [4-9] имеют в своей основе различные виды контроля характеристик гидроакустического поля, создаваемого излучающими ЭАП в прокачиваемой среде, с помощью расположенных на определенном расстоянии от излучателей приемных ЭАП, а также электронных устройств, которые генерируют ультразвуковой сигнал, подаваемый на излучатель, и проводят анализ принятого приемником сигнала по его частотно-фазовым и корреляционно-временным параметрам. Главной характеристикой таких аналогов, реализуемой в конструкциях контролирующих устройств, является использование доплеровского эффекта - свойства изменения величины суммарного вектора скорости звука в прокачиваемой среде, воздействующего на приемный ЭАП, в зависимости от взаимного расположения векторов скорости звука в неподвижной среде и скорости потока среды, а именно, увеличение его при их совпадении и уменьшение - при противоположных направлениях последних, что приводит к флюктуациям указанных выше параметров принимаемого сигнала, используемых в целях контроля, в конечном итоге, скорости потока и объемов прокачиваемых сред.

В качестве прототипа изобретения выбран наиболее близкий к последнему из перечисленных аналогов способ контроля частотно-фазового сдвига, вызванного доплеровским эффектом между излученным и принятым сигналами, или коэффициента взаимной корреляции между ними [9], реализованный в портативном одноканальном ультразвуковом расходомере. Определение «одноканальный» принят в этом источнике для устройства, в состав которого кроме электроакустических излучателя и приемника а также электронных устройства излучения, обработки и отображения принятого сигнала, включен участок контролируемой среды, в то время как названное определение может быть отнесено к гидроакустическому каналу в целом, фактически включающем электрические каналы излучения, приема и объединяющую их в одну цепь водную среду.

Как нетрудно видеть, аппаратурная реализация приведенных аналогов, также как и выбранного прототипа, характеризуется необходимостью применения двухканальной схемы - наличием каналов излучения и приема, включающих электроакустические излучатели и приемники и соответствующие им электронные устройства излучения, обработки и отображения принятого сигнала. Преобладающее большинство реализации способов, принятых в качестве аналогов, имеют в своей основе использование встраиваемых гидроакустических датчиков внутри трубопроводов с соблюдением жестких требований по их взаимному расположению, что уменьшает их надежность и ремонтопригодность, а также полностью исключает такое необходимое в некоторых случаях свойство, как мобильность. Исключение составляет цитированный выше источник [9], в котором представлено описание реализации способа с «времяпролетным корреляционным измерением» в автономном устройстве. Однако, как правило, конструкция подобных устройств представляет собой встраиваемые в трубопровод блоки, обеспечивающие получение и передачу потребителям информацию по контролируемому параметру.

Техническим результатом изобретения является существенное упрощение реализуемых по заявляемому способу устройств со значительным снижением затрат на проектирование, разработку, а также установку и эксплуатацию, что повлечет за собой повышение их надежности, в общем смысле, и ремонтопригодности, в частном. Что касается такого параметра, как точность измерений, то реальные требования потребителей могут быть удовлетворены выбором конструкции электроакустических излучателей и соответствующим электронным обеспечением.

Указанный результат достигается использованием известного свойства электроакустических излучателей изменять свое сопротивление излучения, имеющее, как правило, комплексный характер, в соответствии с изменением характеристик среды - плотности, температуры и давления. Следовательно, контролируя соотношение величин активной и реактивной частей составляющих сопротивления излучения, можно получать информацию о характеристиках среды и их динамике, т.е. в нашем случае скорости потока при прокачивании жидких сред в трубопроводах. Наиболее полно указанное соотношение при работе генератора на комплексную нагрузку характеризует фазовый сдвиг между подводимым к излучателю электрическим напряжением и потребляемым им током, что и определяет выбор его (фазового сдвига) в качестве контролируемого параметра, в предлагаемом способе контроля потока жидких сред в трубопроводе.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с рассмотренными аналогами показывает, что заявляемый способ содержит, во-первых, результат решения известной задачи - оперативного контроля скорости потока жидких сред в трубопроводах - с новым объектом контроля, а именно электронной частью канала излучения гидроакустических сигналов, во-вторых, обоснование выбора нового контролируемого параметра - фазового сдвига между подводимым к излучателю напряжением и потребляемым им током и наконец, в-третьих, новую форму реализации этого способа - установку излучателя с акустико-механической связью с звукопроводящим трубопроводом на внешней его поверхности.

Практическая реализация данного изобретения может быть достигнута достаточно просто - исключением канала приема и введением устройства контроля обозначенного выше существенного отличительного признака (фазового сдвига) в канал излучения одного из аналогов.

Источники информации

1. Паршин В.М. Приборы и методы комплексных поточных измерений вязкости, плотности и скорости движения жидкости. М., Мет. 1990.

2. Гост 001.017.120.010 Измерение параметров потока жидкости в закрытых каналах.

3. Расходомеры. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1966, т.4, с.375.

4. Патент US №4032259, МПК7 G01F 1/66, 28.06.1977.

5. Патент РФ №2018089, МПК7 G01F 1/66, 15.08. 1994.

6. Патент РФ №2209401, МПК7, G01F 1/66, 06.07.2001.

7. Патент РФ №2180432, МПК7 G01F 1/66, 10.02.2002.

8. Патент РФ №2210062, МПК7 G01F 1/66, 11.06.2003.

9. Портативный одноканальный ультразвуковой расходомер с графическим дисплеем KATFlow 200. Каталог фирмы Inno-Tech (http://www. inno-tech.ru/catalog/1/19).

Гидроакустический способ контроля скорости потока жидких сред в трубопроводах, включающий создание в них гидроакустического поля и последующий контроль его параметров с помощью электроакустических преобразователей (ЭАП) и питающих их электронных устройств формирования и усиления сигналов, отличающийся тем, что используют свойство ЭАП в режиме излучения изменять соотношение величин активной и реактивной составляющих своего сопротивления излучения при изменении характеристик среды, в частности скорости ее потока, а в качестве контролируемого параметра выбирают фазовый сдвиг между подводимым к ЭАП электрическим напряжением и потребляемым ими током.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно предназначено для использования в системах контроля и измерения скорости и расхода жидких и газообразных продуктов.

Изобретение относится к ультразвуковому проточному датчику (110) для применения в текучей среде. Предложенный ультразвуковой проточный датчик (110) содержит, по меньшей мере, два ультразвуковых преобразователя (120, 122), расположенных в проточной трубе (112), вмещающей поток текучей среды, и разнесенных вдоль потока текучей среды.

Устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе содержит источник сигналов ультразвуковой частоты, как минимум, «N»-управляемых ключей, подсоединенных своими соответствующими выводами к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты через схему развязки, как минимум, «М»-первых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам одних из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, «М»-вторых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам других из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, усилитель, непосредственно подсоединенный своим входом к выходу схемы развязки, и схему управления, подсоединенную своими соответствующими выходами к управляющим входам «N»-управляемых ключей и к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты.

Блок преобразователя для ультразвукового расходомера содержит пьезоэлектрический модуль. При этом пьезоэлектрический модуль содержит корпус, имеющий центральную ось, первый конец, второй конец, противоположный первому концу, и первую внутреннюю камеру, проходящую в радиальном направлении от первого конца.

Преобразовательный блок ультразвукового расходомера. По меньшей мере некоторые из пояснительных примеров реализации представляют собой системы, содержащие: патрубок, который задает внешнюю поверхность, центральный проход и посадочное гнездо преобразователей, проходящее от внешней поверхности к центральному проходу; и преобразовательный блок, соединенный с посадочным гнездом преобразователей.

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.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения газообразных и текучих сред, а также в коммерческих расчетах.

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.

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.

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.

Заявленная группа изобретений относится к ультразвуковым преобразователям для контроля текучей среды. Ультразвуковой преобразователь для контроля текучей среды включает в себя по меньшей мере один корпус с по меньшей мере одним внутренним пространством и по меньшей мере один размещенный во внутреннем пространстве сердечник с по меньшей мере одним электроакустическим преобразующим элементом. При этом корпус имеет по меньшей мере одно обращенное к текучей среде отверстие, по меньшей мере частично закрытое по меньшей мере одной изоляционной пленкой, край которой герметично заделан посредством по меньшей мере одного герметизирующего материала. Кроме того, корпус имеет расположенную со стороны текучей среды закраину, которая по меньшей мере частично окружает отверстие и к которой по меньшей мере частично прилегает изоляционная пленка, причем край изоляционной пленки заканчивается, по существу, вместе с закраиной корпуса. Также заявлен датчик, содержащий такой ультразвуковой преобразователь. Заявленная группа изобретений позволяет надежно защитить внутреннее пространство корпуса преобразователя от проникновения контролируемых сред. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Описан ультразвуковой преобразователь (110) для применения в текучей среде (116). Ультразвуковой преобразователь (110) включает в себя по меньшей мере один сердечник (118) с по меньшей мере одним акустоэлектрическим преобразующим элементом (112), в частности пьезоэлектрическим преобразующим элементом (112). Также ультразвуковой преобразователь (110) имеет по меньшей мере один корпус (120) с по меньшей мере одним отверстием (122), по меньшей мере частично изолированным от текучей среды (116) посредством связанной с сердечником (118) изоляционной пленки (130). Изоляционная пленка (130) имеет по меньшей мере один компенсационный деформированный участок (134) для компенсации ее растяжения и обеспечения возможности взаимного перемещения сердечника (118) и корпуса (120) ультразвукового преобразователя. 12 н. и 7 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к системам водоотведения. В системе, включающей модуль перекачки воды, содержащий насосы, приемный резервуар с подводящим трубопроводом, модуль анализа диагностируемых параметров, модуль контрольно-измерительных приборов, блок ввода объемов приемного резервуара, блок анализа водопритока, модуль анализа диагностируемых параметров, снабженный блоками ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода, анализа откачки воды из приемного резервуара, модуль контрольно-измерительных приборов снабжен датчиками уровня воды, установленными на подводящем трубопроводе и в приемном резервуаре, модуль перекачки воды снабжен запорно-регулирующим устройством с исполнительным органом, установленным на подводящем трубопроводе, устройством управления, при этом выходы блоков ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода и блока анализа откачки воды из приемного резервуара подключены к входу блока анализа водопритока. Технический результат - возможность использования системы для решения задач по диагностике расхода воды. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к средствам измерения скорости транспортируемой по трубопроводу текучей среды. Устройство для измерения скорости текучей среды в трубопроводе содержит измерительную вставку, оснащенную концевыми патрубками с фланцами, между которыми расположен мерный участок, выполненный в виде измерительной секции трубопровода из диэлектрического композиционного материала, закрепленной на указанных патрубках. Отсек для размещения аппаратуры для измерения скорости текучей среды через измерительную секцию охватывает измерительную секцию. В отсеке размещена измерительная аппаратура, включающая в себя, по меньшей мере, ультразвуковой измеритель скорости текучей среды, блок питания и средства для обработки полученных данных. Устройство имеет кожух для защиты измерительной аппаратуры в отсеке от внешнего воздействия, при этом кожух имеет две боковые стенки, ограничивающие отсек с торцов, внешний защитный экран, размещенный между торцевыми стенками, и элементы крепления, соединяющие указанные боковые стенки друг с другом. Технический результат - легкость монтажа в трубопроводе, обеспечение обслуживания аппаратуры без снятия устройства с трубопровода и обеспечение надежной защиты аппаратуры от вандалов и внешних воздействий. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и измерения расхода диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу. В измерителе расхода двухфазного потока диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу, содержащем соединенные последовательно между собой микроконтроллер, индикатор, измерительную вставку из диэлектрического материала, встроенную в металлический трубопровод, с расположенными на ней обкладками измерительного конденсатора, соединенными последовательно с обкладками регистрирующего конденсатора с диэлектрической вставкой из поляризуемого напряжением кристалла, поляризатор света, лазерный излучатель, анализатор света и фотоприемник, при этом с одной стороны от регистрирующего конденсатора размещено плоское зеркало, а с другой стороны корректирующая пластина, поляризатор-анализатор света, соединенный оптической линией с фотоприемником, соединенным через преобразователь тока в напряжение с микроконтроллером, соединенным с жидкокристаллическим индикатором и персональным компьютером. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности измерения, упрощения технической реализации и защите от влияния внешних электромагнитных полей. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ультразвуковому преобразователю. Ультразвуковой преобразователь как существенная часть ультразвукового расходомера, с корпусом преобразователя, имеющим ультразвуковое окно, корпусную трубку и корпусный фланец, и преобразовательным элементом, выполненным для передачи и приема ультразвуковых волн и предусмотренным либо вблизи ультразвукового окна корпуса преобразователя, либо на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем предусмотрена относительно мягкая механическая система сопряжения, предпочтительно имеющая по меньшей мере один слабо связанный механический резонатор или по меньшей мере два слабо связанных механических резонатора, отличается тем, что предусмотрена вторая мягкая механическая система сопряжения, причем из двух систем сопряжения одна система сопряжения расположена с ближней к ультразвуковому окну стороны корпусного фланца, а другая система сопряжения расположена с дальней от ультразвукового окна стороны корпусного фланца, при этом система сопряжения, предусмотренная с ближней к ультразвуковому окну стороны корпусного фланца, на своем ближнем к ультразвуковому окну конце соединена с корпусной трубкой, а на своем удаленном от ультразвукового окна конце соединена с корпусным фланцем, и система сопряжения, предусмотренная с дальней от ультразвукового окна стороны корпусного фланца, на своем удаленном от ультразвукового окна конце соединена с корпусной трубкой, а на своем ближнем к ультразвуковому окну конце соединена с корпусным фланцем. Технический результат - повышение устойчивости ультразвукового преобразователя к колебаниям. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к блоку из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя, причем ультразвуковой преобразователь (1) имеет корпус (3) преобразователя и преобразовательный элемент (4), причем корпус (3) преобразователя имеет ультразвуковое окно (5), корпусную трубку (6) и корпусный фланец (7), причем преобразовательный элемент (4) предусмотрен либо вблизи от ультразвукового окна (5) корпуса преобразователя или на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем держатель (2) преобразователя имеет фланец (8) держателя, и причем корпусный фланец (7) корпуса (3) преобразователя с помощью контрфланца (9) с промежуточным включением уплотнительного кольца (10) прижат к фланцу (8) держателя держателя (2) преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя улучшен в отношении предотвращения передачи корпусных волн, а именно за счет того, что между корпусным фланцем (7) корпуса (3) преобразователя и фланцем (8) держателя держателя (2) преобразователя предусмотрено развязывающее кольцо (13). 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ультразвуковым расходомерам для измерения расхода жидкости и газа. Расходомер содержит основной корпус расходомера, кожух, камеру, расположенную между кожухом и основным корпусом расходомера, охватывающий корпус, соединенный с основным корпусом расходомера и выполненный с возможностью размещения электронных средств. Кожух расположен вокруг основного корпуса расходомера и имеет первую криволинейную кромку с радиусом R, расположенную в первой из указанных канавок, и вторую криволинейную кромку с радиусом R, расположенную во второй из указанных канавок, и дополнительно содержит, по меньшей мере, первую часть кожуха и вторую часть кожуха. Первая часть кожуха размещена между охватывающим корпусом и основным корпусом расходомера. Вторая часть кожуха прикреплена к первой части кожуха с возможностью раскрепления. Корпус расходомера имеет внешнюю поверхность и две кольцевые канавки с радиусом R на этой внешней поверхности, которые расположены на заданном расстоянии друг от друга. Технический результат - обеспечение защиты от повреждения кабелей преобразователя, а также обеспечение легкодоступности обслуживания. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 15 ил. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения расхода сред в различных отраслях промышленности, связанных с транспортировкой жидких и газообразных сред по трубопроводам, например в нефтеперерабатывающей, нефтегазодобывающей отраслях, в системах ЖКХ, энергетике. Датчик ультразвукового расходомера содержит измерительный участок трубопровода с проточной частью, имеющей поперечное сечение в форме многоугольника и электроакустические преобразователи (ЭАП), расположенные отдельно друг от друга во входной и выходной частях измерительного участка. Датчик характеризуется тем, что измерительный участок выполнен цельнометаллическим или пластмассовым таким образом, что поперечное сечение проточной части указанного многоугольника выполнено с четным числом граней, на противоположных концах каждой пары параллельных граней в поперечном углублении в материале стенки проточной части установлены не менее двух прямоугольных электроакустических преобразователей поперечных волн с одинаковыми углами наклона к продольной оси на расстоянии трех или четырех диаметров трубопровода, каждый из которых отделен от проточной части резонансной перемычкой, при этом на поверхности измерительного участка трубопровода выполнен поглотитель акустических помех в виде гребенчатой структуры с шагом, большим половины длины волны. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидких и газообразных сред в трубопроводах в условиях изменения температуры и давления контролируемой среды. 10 ил.

Предложены система и способ ультразвукового измерения расхода. В одном варианте реализации ультразвуковая измерительная система для измерения расхода содержит канал для потока текучей среды и множество ультразвуковых расходомеров. Каждый из ультразвуковых расходомеров содержит пару ультразвуковых преобразователей и обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока. Пара ультразвуковых преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории через канал между преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, соединено с ультразвуковыми преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, выполнено с возможностью получения от каждого другого расходомера из указанного множества расходомеров измерения скорости потока, определяемой указанным другим расходомером, и измерения расхода текучей среды через патрубок на основании выходных данных преобразователей всех ультразвуковых расходомеров. Технический результат - повышение точности измерения расхода. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх