Измерительное устройство и способ определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе



Измерительное устройство и способ определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе
Измерительное устройство и способ определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе
Измерительное устройство и способ определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе
Измерительное устройство и способ определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе
G10K11/00 - Способы и устройства для передачи, проведения или направления звука вообще; способы или устройства для защиты от воздействия шума или других акустических колебаний вообще или для их подавления (звукоизоляция для транспортных средств B60R 13/08; звукоизоляция для самолетов B64C 1/40; звукоизоляционные материалы см. в соответствующих подклассах, например C04B 26/00- C04B 38/00; уменьшение шума на верхнем строении путей E01B 19/00; поглощение передаваемого по воздуху шума с дорог или железнодорожных путей E01F 8/00; звукоизоляция, поглощение или отражение шума в строительных сооружениях E04B 1/74; акустика помещений E04B 1/99; звукоизоляция полов E04F 15/20; глушители шума и выхлопные устройства
G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2659353:

ЗИК Энджиниринг ГмбХ (DE)

Изобретение относится к измерительному устройству и способу определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе. Измерительное устройство (10) для определения скорости потока текучей среды (12), текущей в трубопроводе (14), посредством по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя (18а-b), размещенного снаружи на стенке (22) трубопровода и имеющего колебательный элемент (34), соединенный с участком (32) стенки (22) трубопровода, действующим в качестве колеблемой мембраны ультразвукового преобразователя (18а-b), имеет карман (30), размещенный снаружи в трубопроводе (14), при этом нижняя часть кармана образует мембрану (32), причем между мембраной (32) и колебательным элементом (34) расположен соединительный элемент (36), поперечное сечение которого меньше поперечного сечения колебательного элемента (34). Способ определения скорости потока текучей среды (12), текущей в трубопроводе (14), в котором ультразвуковой преобразователь (18а-b), размещенный снаружи на стенке (22) трубопровода и имеющий колебательный элемент (34), соединенный с участком (32) стенки (22) трубопровода, использует участок (32) в качестве колеблемой мембраны, заключается в том, что снаружи трубопровода (14) размещают карман (30), нижняя часть которого образует мембрану (32), причем ультразвук передают между мембраной (32) и колебательным элементом (34) через соединительный элемент (36), поперечное сечение которого меньше поперечного сечения колебательного элемента (34). Технический результат – обеспечение простой конструкции, обладающей высокой степенью точности с широкой характеристикой излучения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к измерительному устройству и способу определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе, в соответствии с ограничительной частью п.п. 1 и 12 формулы изобретения.

Известны различные принципы измерения для определения скорости потока или расхода на основе ультразвука. В способе с использованием эффекта Доплера оценивается зависящее от скорости потока смещение частоты ультразвукового сигнала, отраженного от текущей текучей среды. В способе, основанном на разности времен прохождения, на внешнем периметре трубопровода устанавливается пара ультразвуковых преобразователей с взаимным смещением в продольном направлении, которые поочередно испускают и регистрируют ультразвуковые сигналы поперек потока вдоль измерительного пути, определенного между ультразвуковыми преобразователями. Ультразвуковые сигналы, проходящие через текучую среду, замедляются или ускоряются потоком в зависимости от направления прохождения. Результирующая разность времени прохождения используется с учетом геометрических размеров для расчета средней скорости потока текучей среды. С учетом площади поперечного сечения из нее следует объемный расход или расход. Для более точных измерений также могут использоваться несколько измерительных путей соответственно с парой ультразвуковых преобразователей, чтобы регистрировать поперечное сечение потока в более чем одной точке.

Ультразвуковые преобразователи, применяемые для создания ультразвука, имеют колебательный элемент, часто керамический элемент. С его помощью электрический сигнал преобразуется в ультразвук и наоборот, например, на основе пьезоэлектрического эффекта. В зависимости от применения ультразвуковой преобразователь действует в качестве звукового генератора, звукового детектора или обоих устройств. При этом должна быть обеспечена связь между текучей средой и ультразвуковым преобразователем. Распространенное решение заключается в том, чтобы вставить в трубопровод ультразвуковой преобразователь в прямом контакте с текучей средой. Такие интрузивные датчики могут затруднить точные измерения вследствие возмущения потока. И наоборот, погружные ультразвуковые преобразователи подвергаются воздействию текучей среды, ее давления и температуры, вследствие чего они могут быть повреждены или потерять свою работоспособность из-за наличия отложений.

По существу также известны способы, в которых внутренняя стенка остается полностью закрытой. В качестве примера можно упомянуть так называемую накладную установку, например, согласно US 4467659, с помощью которой ультразвуковые преобразователи закрепляются на трубопроводе снаружи. Однако при этом могут быть реализованы только диаметральные измерительные пути через ось трубы, в результате чего в случае не аксиально-симметричных профилей потока генерируются дополнительные ошибки.

В документе EP 1378272 В1 предлагается размещать элементы генерации ультразвука на внешней стороне стенки. В отличие от способа с накладыванием ультразвуковой преобразователь встраивают при этом, так сказать, в стенку. В области ультразвуковых преобразователей выполняют карман с существенно меньшей толщиной стенки, чем остальная стенка, при этом остающаяся толщина стенки образует мембрану ультразвукового преобразователя. Эта установка, которая также называется врезной, в некоторой степени представляет собой промежуточную форму между жесткой установкой во внутреннем пространстве трубопровода и накладной установкой. Однако для этого применяется относительно сложная составная конструкция преобразователя. При этом излучательная поверхность для широкого излучения при более высоких частотах остается слишком большой.

В документе JP 2000337940 А раскрывается еще одно устройство измерения расхода, в котором пьезоэлектрические элементы контактируют со стенкой трубопровода в нижней части отверстия в трубопроводе. Однако при этом также не решаются проблемы достаточно широкого излучения и простой конструкции преобразователя.

В документе DE 10248542 A1 предлагается устанавливать ультразвуковой преобразователь непосредственно на рабочей поверхности, контактирующей со средой. Посредством скосов рабочих поверхностей и, тем самым, трубопровода обеспечивается ориентация пути с компонентой в направлении потока. Это препятствует, таким образом, получению ровной непрерывной внутренней стенки трубы.

Таким образом, техническая проблема настоящего изобретения состоит в создании усовершенствованной концепции преобразователя для измерения скоростей потока с помощью ультразвука.

Указанная техническая проблема решена с помощью измерительного устройства и способа определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе, в соответствии с п.п. 1 и 12 формулы изобретения. Основой является описанный выше принцип врезывания. Ультразвуковой преобразователь размещается, таким образом, снаружи на стенке трубопровода, при этом его колебательный элемент соединяется с участком стенки трубопровода. Участок колебательного элемента, например, пьезоэлектрического элемента, используют при этом этот в качестве мембраны. При этом основная идея изобретения заключается в расположении соединительного элемента между мембраной и колебательным элементом. Этот соединительный элемент тоньше, при фактическом применении значительно тоньше, колебательного элемента. Колебательный элемент расположен, таким образом, подобно печати с соединительным элементом на стенке трубопровода, при этом соединительный элемент передает ультразвук между мембраной и колебательным элементом. Это может происходить в обоих направлениях в зависимости от того, выполняет ли ультразвуковой преобразователь функцию передатчика или приемника. Благодаря этой конструкции размер излучательной поверхности ограничивается размерами соединительного элемента, а не размерами колебательного элемента. Посредством этого одновременно обеспечивается возможность использования маленькой пластины стенки или рабочей мембраны и большого колебательного элемента.

Изобретение обладает прежде всего всеми преимуществами способа врезывания, а именно высокой степенью точности аналогично интрузивному способу, однако вместе с тем внутреннее пространство остается при этом полностью невозмущенным для потока. Ультразвуковой преобразователь, встроенный в стенку трубопровода, обеспечивает возможность очень широкой характеристики излучения и применения не диаметральных измерительных путей. При этом ультразвуковой преобразователь имеет простую конструкцию из небольшого количества деталей и может изготавливаться серийно с малыми затратами и небольшими допусками.

Колебательный элемент предпочтительно выполнен с возможностью колебания в продольном и поперечном направлении. Колебательный элемент использует, таким образом, дополнительные степени свободы, которые обеспечиваются ему посредством расположения на тонком соединительном элементе. Поскольку это колебательное движение напоминает встряхивание подушки, колебательный элемент также называется подушкообразным вибратором. Такое колебание совершенно невозможно в случае традиционного расположения с соединением по всей поверхности нижней стороны колебательного элемента с трубопроводом.

Соединительный элемент предпочтительно выполнен за одно целое со стенкой трубопровода. Соединительный элемент представляет собой составную часть стенки трубопровода. Соответственно отсутствуют какие-либо промежуточные слои и какие-либо проблемы с механической устойчивостью соединения, при этом обеспечивается оптимальная передача звука.

Измерительное устройство предпочтительно имеет карман, размещенный снаружи в трубопроводе, нижняя часть которого образует мембрану, при этом на этой нижней части расположен соединительный элемент. С помощью кармана обеспечивается, что образующий мембрану участок стенки трубопровода выполнен существенно тоньше остальной стенки трубопровода. Поперечное сечение соединительного элемента мало как по отношению к колебательному элементу, так и к нижней части кармана. Предпочтительно соединительный элемент является частью стенки трубопровода и при изготовлении кармана он остается в стоячем положении.

Колебательный элемент предпочтительно по меньшей мере частично расположен в кармане. Еще более предпочтительно колебательный элемент размещен полностью внутри кармана. Благодаря этому соединительный элемент может быть сравнительно коротким, при этом элементы ультразвукового преобразователя встроены в стенку трубопровода.

Карман предпочтительно закрыт снаружи посредством держателя преобразователя. Держатель преобразователя представляет собой, таким образом, своего рода крышку зоны ультразвукового преобразователя. При этом остается возможным доступ через эту крышку для соединительных линий или линий передачи данных.

Колебательный элемент предпочтительно упруго соединен с держателем преобразователя. Таким образом, колебательный элемент устойчиво удерживается без ограничения колебательного движения. Для этой цели могут применять, например, слой из эластомера.

Предпочтительно карман имеет часть, выполненную цилиндрической или в виде усеченного конуса. Он может иметь в целом форму цилиндра или усеченного конуса, однако его форма может представлять собой комбинацию обеих этих форм. Кроме того возможно наличия ступенек, иными словами скачкообразное изменение диаметра на одном или более участков по высоте кармана.

Колебательный элемент предпочтительно выполнен прямоугольным или цилиндрическим. Как упомянуто выше, благодаря соединению через соединительный элемент размеры колебательного элемента не определяются излучательной поверхностью. Колебательный элемент предпочтительно представляет собой не только тонкий керамический элемент, но он имеет по направлению высоты удлинение сходного порядка величины, что и площадь его поперечного сечения. Колебательный элемент может быть также выполнен из нескольких отдельных слоев.

Предпочтительно соединительный элемент имеет часть, выполненную цилиндрической или в виде усеченного конуса. При этом возможные изменения геометрии соответствуют изменениям геометрии кармана.

Текучая среда предпочтительно представляет собой жидкость. С помощью врезного расходомера обычно измеряются скорости потока газов. В случае газов используются ультразвуковые частоты, которые также при обычной конструкции обеспечивают возможность реалистичного технологического применения колебательного элемента и действующего в качестве мембраны участка стенки трубопровода. Требования к конструкции обусловлены тем, что широкая характеристика излучения возможна лишь с излучательными поверхностями меньшими длины волны. Однако для жидкостей требуются более высокие частоты. В этом случае необходимо достичь излучательной поверхности менее 4 мм при остаточной толщине стенки и зазоре не более 500 мкм. Согласно изобретению эта проблема решается с помощью соединительного элемента и достигаемой посредством его независимости размеров колебательного элемента и излучательной поверхности или с помощью специального колебания на соединительном элементе.

Измерительное устройство предпочтительно имеет по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя, расположенных напротив друг друга со смещением в направлении потока и с потоком между ними, и вычислительный блок, выполненный с возможностью обеспечивать обмен ультразвуковыми сигналами между ультразвуковыми преобразователями и определять скорость потока на основании разности времен прохождения ультразвука, испускаемого по потоку и против него и принимаемого снова. Таким образом, сначала определяют только один путь ультразвука. Однако с помощью дополнительных ультразвуковых преобразователей можно обеспечить дополнительные пути ультразвука, чтобы более точно регистрировать неоднородный или возмущенный поток. Примером альтернативного принципа измерения является способ с использованием эффекта Доплера.

Способ согласно изобретению может быть дополнительно модифицирован сходным образом и обладать при этом сходными преимуществами. Такие предпочтительные признаки являются иллюстративными, при этом они не ограничены зависимыми пунктами формулы изобретения, зависящими от независимых пунктов.

Изобретение описано более подробно ниже также в отношении его дополнительных признаков и преимуществ посредством примеров с помощью вариантов его осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах показаны:

фиг. 1 - вид в продольном разрезе измерительного устройства для определения скорости потока с ультразвуковыми преобразователями;

фиг. 2 - детальный вид области ультразвукового преобразователя с фиг. 1;

фиг. - 3 схематическое трехмерное изображение колебания колебательного элемента ультразвукового преобразователя;

фиг. - 4 трехмерный внутренний вид кармана для ультразвукового преобразователя в стенке трубы;

фиг. 5 - внешний вид кармана для ультразвукового преобразователя в стенке трубы;

фиг. 6 - детальный вид ультразвукового преобразователя, сходного с фиг. 2, для варианта геометрии кармана.

На фиг. 1 показан упрощенный вид в продольном разрезе измерительного устройства 10 для определения скорости потока или вычисляемого на ее основании расхода текучей среды 12 в трубообразном трубопроводе 14, текущей в направлении, обозначенном стрелкой 16. Определение скорости потока осуществляется, например, с помощью описанного выше способа, основанного на разности времен прохождения, посредством оценки времен прохождения при испускании и получении ультразвуковых сигналов между парой ультразвуковых преобразователей 18а-b по потоку и против него в управляющем и вычислительном блоке. На фиг. 1 сам управляющий и вычислительный блок не показан, а только обозначен с помощью своих выводов 20а-b к ультразвуковому преобразователю 18а-b. В других вариантах осуществления количество ультразвуковых преобразователей 20а-b может варьироваться.

Трубопровод 14 образует измерительный элемент измерительного устройства 10 в области ультразвукового измерения. Изображение выбрано так, что как если бы этот измерительный элемент был интегральной составной частью имеющегося трубопровода 14. Принципиально это возможно, однако на практике измерительное устройство 10 изготавливается со своим собственным измерительным элементом, который после установки заменяет соответствующий участок имеющегося трубопровода и для этого, например, встраивается на обеих сторонах с помощью фланцевых соединений.

Ультразвуковые преобразователи 18а-b встроены в стенку 22 трубопровода 14. Это в основном соответствует описанной выше врезной установке, однако с использованием концепции преобразователя согласно изобретению, которая подробнее описывается ниже со ссылками на фиг. 2-6. Ультразвуковые преобразователи 18а-b поддерживаются снаружи с помощью держателя 24 преобразователя. В этом иллюстративном варианте осуществления в области измерительного элемента трубопровод 14 или держатель 24 преобразователя окружен полностью снаружи корпусом или облицовочной трубой 26.

Как показано линиями 28 распространения звука, направление излучения или облучения ультразвуковых преобразователей 18а-b перпендикулярно средней линии трубопровода 14. Однако, для получения осевого смещения обоих ультразвуковых преобразователей 18а-b и, таким образом, измерительного эффекта в способе, основанном на разности времен прохождения, необходима широкая характеристика излучения, составляющая, например, более 20°. В случая высокой частоты ультразвука, в частности в килогерцовом диапазоне с большими значениями или даже мегагерцевом диапазоне, это означает применение излучательной плоскости, диаметр которой составляет по порядку величины только один миллиметр.

Вместо двух ультразвуковых преобразователей 18а-b в конструктивной реализации с несколькими путями в измерительном устройстве 10 могут использоваться несколько пар ультразвуковых преобразователей, определяющих между собой множество измерительных путей. В таком счетчике с несколькими путями, имеющем несколько измерительных путей, смещенных относительно друг друга и относительно оси трубы, возможно более точное измерение в случае неравномерного потока или помех. Счетчик с одним путем неявно требует однородного потока, который может быть измерен с помощью единственного пути, или он измеряет с его помощью только первое приближение сложного потока.

На фиг. 2 показан увеличенный вид области ультразвукового преобразователя 18а в стенке 22 трубопровода для более точной иллюстрации улучшения и упрощения принципа преобразователя согласно изобретению. В стенке 22 трубопровода выполнена полость или карман 30, закрытый снаружи с помощью держателя 24 преобразователя. Внутри в области кармана 30 от стенки 22 трубопровода остается тонкостенный участок 32, который в то же время служит в качестве мембраны ультразвукового преобразователя 18а и приводится в колебание колебательным элементом 34, например, пьезоэлектрическим элементом, для излучения ультразвукового сигнала, или, наоборот, он приводится в колебание при попадании ультразвукового сигнала из внутренней части трубопровода 14 на участок 32 колебательного элемента 34. Тонкостенный участок 32 остается достаточно устойчивым, чтобы выдерживать ожидаемое внутреннее давление трубопровода. Стенка 22 трубопровода образует монолитную внутреннюю поверхность без углублений или выступов, которые могли бы возмущать поток или на которых могли бы образовываться отложения.

Колебательный элемент 34 установлен не непосредственно на участке 32, действующем в качестве мембраны. Напротив, между ними расположен соединительный элемент 36, площадь поперечного сечения которого заметно меньше площади участка 32 и колебательного элемента 34. Колебательный элемент 34 может быть выполнен в виде пьезоэлектрического элемента, устанавливаемого непосредственно на соединительный элемент 36. Возможно как непосредственное соединение между колебательным элементом 34 и соединительным элементом 36, так и использование дополнительного соединительного материала. Кроме того, соединение может быть выполнено только посредством сцепления с силовым замыканием, например, посредством защемляющего усилия сверху, а также посредством приклеивания или спаивания.

Соединительный элемент 36, напротив, предпочтительно представляет собой интегральный компонент стенки 22 трубопровода, так что отпадает необходимость в дополнительных контактных участках. Для этого карман 30 и соединительный элемент 36 предпочтительно выполняются вместе в эффективном процессе изготовления, при этом соединительный элемент 36 оставляется по существу в стоячем положении. Однако, вопреки предвидимым недостаткам в отношении передачи звука и механической прочности не следует исключать возможности закрепления соединительного элемента 36 в виде отдельного элемента на нижней части кармана 30 на участке 32. Снаружи колебательный элемент упруго удерживается на держателе 24 стенки, что показано с помощью пружины 38. Пружина 38 может быть заменена на практике, например, слоем эластомера. Усилие пружины 38 также может образовывать или стабилизировать соединение между колебательным элементом 34 и соединительным элементом 36.

Соединительный элемент 36 обеспечивает возможность применения пластинки преобразователя или излучательной поверхности с малым диаметром при одновременном использовании большего колебательного элемента 34. Посредством соединительного элемента 36 возможные размеры колебательного элемента 34 и излучательной поверхности становятся независимыми друг от друга. Больший колебательный элемент 34 предпочтителен в функциональном отношении как для выбора частот, так и для достижения необходимой чувствительности. Как уже упомянуто выше в нескольких местах, для широкой характеристики излучения как раз при высоких частотах требуется малая излучательная поверхность. Посредством соединительного элемента 36 эти изначально противоречивые требования могут быть удовлетворены одновременно.

На фиг. 3 отдельно показано схематическое трехмерное изображение колебательного элемента 34 для объяснения режима его колебаний. Следует понимать, что как конкретная прямоугольная или кубовидная геометрия колебательного элемента 34, так и конкретная деформация вследствие колебания приведены в качестве примера. Колебательный элемент 34, вследствие крепления на соединительном элементе лишь на малой площади и его геометрического удлинения в направлении высоты и в боковом направлении, выполняет при эксплуатации особое колебание, которое образно называется колебанием подушки, так как оно напоминает усиленно встряхиваемую подушку под голову. Это может трактоваться как объемный резонанс. В то время как колебательный элемент 34 становится короче в продольном рабочем положении - на фиг. 3 в направлении высоты - он утолщается в поперечном направлении по всем сторонам. Вследствие блочной геометрии это особенно выражено на боковых ребрах. Укорочение в продольном направлении также не является равномерным, оно ярко выражено посередине, в то время как углы движутся меньше. Это колебание передается через соединительный элемент 36 на мембрану или участок 32, или наоборот при поступающем ультразвуке мембрана приводит колебательный элемент 34 в колебание через соединительный элемент 36.

Колебательный элемент 34 предпочтительно работает в диапазоне частот от нескольких сотен кГц до нескольких МГц, при этом этот принцип также действует в диапазоне от нескольких кГц до по меньшей мере десяти МГц. Конкретные используемые частоты определяются геометрией и материалом, так что это учитывается при конструктивной реализации колебательного элемента 34. Колебательный элемент 34 предпочтительно приводится в действие на одной из своих резонансных частот, при этом соединительный элемент 36 - на своей резонансной частоте или ниже своей резонансной частоты. Также может избирательно использоваться резонансная частота участка 32.

На фиг. 4 показан трехмерный вид в разрезе кармана 30 с соединительным элементом 36. Карман 30 выполнен в верхней области цилиндрическим и сужается вовнутрь благодаря форме усеченного конуса. Благодаря этому внутренний контур уменьшается в направлении участка 32, имеющего при этом меньшую площадь, чем поперечное сечение в верхней области кармана 30, которая в частности благодаря соединительному элементу 36 также может быть меньше колебательного элемента 34. Соединительный элемент 36 выполнен цилиндрическим в этом варианте осуществления. На фиг. 5 показана фотография стенки 22 трубопровода с подготовленным карманом 30 и соединительным элементом 36.

На фиг. 6 показан вид в продольном разрезе измерительного устройства 10 в области ультразвукового преобразователя 18а, сходного с фиг. 2, но с другой геометрией кармана 30. Тогда как выше карман 30 конусообразно сужается к участку 30, на фиг. 6 показана ступенчатая конфигурация кармана с большим диаметром цилиндра в области колебательного элемента 34 и с меньшим диаметром цилиндра в области соединительного элемента 36. Это всего лишь примеры геометрии кармана. Карман 30 также может быть выполнен цилиндрическим без уменьшения поперечного сечения, с большим количеством ступенек, с другими комбинациями цилиндрических и конусообразных участков, или с другими геометриями. Соответственно это также полностью справедливо для соединительного элемента 36, однако при этом сохраняется требование, чтобы площадь поперечного сечения была заметно меньшей по отношению к колебательному элементу 34. Для колебательного элемента 34 может рассматриваться форма кубика, прямоугольного параллелепипеда или цилиндра.

1. Измерительное устройство (10) для определения скорости потока текучей среды (12), текущей в трубопроводе (14), посредством по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя (18а-b), размещенного снаружи на стенке (22) трубопровода и имеющего колебательный элемент (34), соединенный с участком (32) стенки (22) трубопровода, действующим в качестве колеблемой мембраны ультразвукового преобразователя (18а-b),

отличающееся тем, что

измерительное устройство имеет карман (30), размещенный снаружи в трубопроводе (14), при этом нижняя часть кармана образует мембрану (32), причем между мембраной (32) и колебательным элементом (34) расположен соединительный элемент (36), поперечное сечение которого меньше поперечного сечения колебательного элемента (34).

2. Измерительное устройство (10) по п. 1, в котором колебательный элемент (34) выполнен с возможностью колебания в продольном и поперечном направлении.

3. Измерительное устройство (10) по п. 1 или 2, в котором соединительный элемент (36) выполнен за одно целое со стенкой (22) трубопровода.

4. Измерительное устройство (10) по п. 1 или 2, в котором соединительный элемент (36) расположен на указанной нижней части кармана.

5. Измерительное устройство (10) по п. 4, в котором колебательный элемент (34) расположен по меньшей мере частично в кармане (30).

6. Измерительное устройство (10) по п. 4, в котором карман (30) закрыт снаружи с помощью держателя (24) преобразователя.

7. Измерительное устройство (10) по п. 6, в котором колебательный элемент (34) упруго соединен с держателем (24) преобразователя.

8. Измерительное устройство (10) по любому из пп. 5-7, в котором карман (30) имеет часть, выполненную цилиндрической или в виде усеченного конуса.

9. Измерительное устройство (10) по любому из пп. 1, 2 или 5-7, в котором колебательный элемент (34) предпочтительно выполнен прямоугольным или цилиндрическим.

10. Измерительное устройство (10) по любому из пп. 1, 2 или 5-7, в котором соединительный элемент (36) имеет часть, выполненную цилиндрической или в виде усеченного конуса.

11. Измерительное устройство (10) по любому из пп. 1, 2 или 5-7, в котором текучая среда (12) предпочтительно представляет собой жидкость.

12. Измерительное устройство (10) по любому из пп. 1-11, имеющее по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя (18а-b), расположенных напротив друг друга со смещением по направлению потока и с потоком между ними, и вычислительный блок, выполненный с возможностью обеспечения обмена ультразвуковыми сигналами между ультразвуковыми преобразователями (18а-b) и определения скорости потока на основании разности времен прохождения ультразвука, испускаемого по направлению потока и против направления потока и принимаемого снова.

13. Способ определения скорости потока текучей среды (12), текущей в трубопроводе (14), в котором ультразвуковой преобразователь (18а-b), размещенный снаружи на стенке (22) трубопровода и имеющий колебательный элемент (34), соединенный с участком (32) стенки (22) трубопровода, использует участок (32) в качестве колеблемой мембраны,

отличающийся тем, что

снаружи трубопровода (14) размещен карман (30), нижняя часть которого образует мембрану (32), причем ультразвук передают между мембраной (32) и колебательным элементом (34) через соединительный элемент (36), поперечное сечение которого меньше поперечного сечения колебательного элемента (34).

14. Способ по п. 13, в котором колебательный элемент (34) приводят в колебание в продольном и поперечном направлении.

15. Способ по п. 13 или 14, в котором ультразвук передают через соединительный элемент (36), выполненный за одно целое со стенкой (22) трубопровода, непосредственно между колебательным элементом (34) и стенкой (22) трубопровода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам снижения шума выхлопа пневматических систем. Глушитель содержит корпус цилиндрической формы с полостью, выполненный из пористого материала, и связанную с ним присоединительную арматуру.

Изобретение относится к способу звукоизоляции оборудования со средствами широкополосного шумоглушения. Способ заключается в том, что звукоизолирующее ограждение устанавливают на перекрытии здания на виброизолирующих опорах, выполненных из упругого материала.

Изобретение относится к звукоизоляции оборудования со средствами широкополосного шумоглушения. Звукоизолирующее ограждение технологического оборудования изготовляют в форме прямоугольного параллелепипеда, охватывающего технологическое оборудование.

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Сущность: способ гидроакустической томографии полей атмосферы, океана и земной коры различной физической природы в морской среде, включающий в себя формирование низкочастотного излучающего, а также приемного трактов измерительной системы с их акустическими преобразователями, размещение акустических преобразователей на противоположных границах контролируемой среды, озвучивание среды низкочастотными просветными сигналами стабилизированной частоты и формирование в ней рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования акустических просветных и измеряемых информационных волн, прием преобразованных просветных волн, усиление их в полосе нелинейного преобразования, узкополосный спектральный анализ и выделение из боковых полос спектров дискретных составляющих измеряемых информационных волн.

Использование: гидрофизика, геофизика и радиофизика. Сущность изобретения: способ параметрического приема волн различной физической природы источников атмосферы, океана и земной коры в морской среде включает в себя пространственно-разнесенные по контролируемой акватории на десятки-сотни километров излучающие и приемные акустические преобразователи, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования акустических просветных и измеряемых информационных волн, соединенные с преобразователями, соответственно, излучающий тракт формирования, усиления и излучения сигналов подсветки среды, а также тракт приема усиления, спектрального анализа нелинейно преобразованных просветных сигналов, выделения в спектрах верхней и (или) нижней боковых полос, определение и регистрации информационных сигналов, отличается тем, что рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн формируют как многолучевую пространственно-развитую просветную параметрическую антенну, соизмеримую с протяженностью контролируемой акватории, для чего излучающий преобразователь располагают в центре акватории и включают в него три всенаправленных блока и устанавливают их на оси ниже и выше оси подводного звукового канала (ПЗК), а приемный преобразователь формируют аналогично излучающему преобразователю из трех одинаковых блоков, которые располагают по кругу или периметру на противоположной границе акватории и размещают их относительно ПЗК аналогично излучающим блокам, при этом каждый приемный блок формируют из трех одиночных гидрофонов, которые размещают в вертикальной плоскости по равнобедренным треугольникам, а их вершины направляют в сторону излучающих преобразователей, за счет этого совместно с излучающими преобразователями формируют просветную многолучевую параметрическую антенну, при этом в излучающий тракт измерительной системы включают последовательно соединенные блоки: звукового генератора стабилизированной частоты, усилителя мощности, трехканального блока согласования выхода усилителя с подводными кабелями и далее с излучающими акустическими преобразователями, а приемный тракт измерительной системы формируют как многоканальный и многофункциональный, который включает один канал анализа для выделения информационных сигналов, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), а также три канала измерения функций корреляции между средним и крайними гидрофонами приемных блоков, далее функций их взаимной корреляции для последующего измерения углов прихода многолучевых сигналов «сверху и снизу» по направлениям сформированных в вертикальной плоскости просветных параметрических антенн для каждого приемного блока, при этом в каждый из трех каналов корреляционного анализа включают последовательно соединенные: полосовые усилители, два параллельных блока измерения корреляционных функций сигналов между центральным и крайними гидрофонами приемных блоков, далее блоки измерения функций взаимной корреляции, выходы которых соединяют с общим блоком регистратора (рекордером), а также с блоком вычисления траектории лучей, как просветных параметрических антенн, и точек их пересечения на акватории (ЭВМ), при этом одиночные гидрофоны каждого приемного блока посредством кабелей через блок переключения каналов соединяют с многоканальным приемным трактом измерительной системы.

Использование: изобретение относится к геофизическим методам исследований морской среды и предназначено для мобильного поиска месторождений нефти и газа, донных объектов различного назначения, дальнего упреждающего обнаружения признаков зарождения опасных морских явлений (разрушительных землетрясений и волн цунами) на морском шельфе.

Использование: изобретение относится к гидроакустическим методам и реализующим их системам поиска углеводородных залежей, а также поиска донных объектов различного назначения и физической природы, предпочтительно на акваториях морского шельфа.

Использование: изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Оно может быть использовано в системах освещения обстановки, комплексного мониторинга полей различной физической природы, формируемых искусственными и естественными источниками, с использованием технологии дальней передачи информационных волн в морской среде, а также из морской среды в атмосферу и обратно.

Использование: изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Сущность: радиогидроакустическая система передачи информационных волн из морской среды в атмосферу и обратно включает в себя размещенные в среде излучающий и приемный акустические преобразователи, соединенные с излучающим и приемным трактами соответственно, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия волн.

Изобретение относится к области шумопонижающих конструкций, предназначенных для снижения уровней шума разнообразного типа шумовиброактивных технических объектов, производящих акустическое (шумовое) загрязнение окружающей среды.

Использование: для измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности в лабораторных и натурных условиях при различных углах падения звуковой волны.

Использование: для определение наличия и координат напряжений в околошовных зонах трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что очищают поверхность околошовной зоны, определяют наличие дефектов, проводят настройку прибора, определяют скорость прохождения ультразвуковой волны через металл без нагрузки, обеспечивают постепенное создание нагрузки с периодическим замером скорости прохождения ультразвуковой волны с определением мест концентрации напряжений и регистрацией их местоположения, обеспечивают создание нагрузки до образования трещин с регистрацией данных измерения скорости ультразвуковой волны, проводят обзор появления трещины при помощи электронного микроскопа, фиксируют координаты образования дефекта и сравнивают с координатами зоны концентрации напряжений.

Изобретение относится к метрологии. Стенд содержит основание, на котором посредством, по крайней мере, трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему, в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор.

Использование: для определения концентрации агломератов несферических наноразмерных частиц в жидких средах. Сущность изобретения заключается в том, что используют измерительную ячейку в форме кольцевого канала переменного сечения для создания ускоренного потока, содержащую побудитель ламинарного течения и установленный в области сужения кольцевого канала акустический измеритель, с помощью которого в исходном образце жидкой среды измеряют акустические спектры затухания ультразвука при изотропной ориентации несферических наноразмерных частиц в покоящейся жидкой среде и при ориентации частиц вдоль потока жидкой среды, затем исходный образец очищают от агломератов и в очищенном образце жидкой среды измеряют акустические спектры затухания ультразвука при изотропной ориентации несферических наноразмерных частиц в покоящейся жидкой среде и при ориентации частиц вдоль потока жидкой среды, после этого на основе измеренных спектров вычисляют концентрацию агломератов несферических наноразмерных частиц.

Использование: для проверки работоспособности внутритрубных инспекционных приборов на испытательном трубопроводном полигоне. Сущность изобретения заключается в том, что используют катушки трубных секций с естественными дефектами с действующих трубопроводов и катушки трубных секций с нанесенными на них искусственными дефектами.

Изобретение относится к области ультразвукового контроля изделий, имеющих плоскую или цилиндрическую поверхность. Для расширения области применения на нижней поверхности корпуса устройства имеется продольный паз, стенки которого являются опорами и боковыми стенками локальной ванны, торцевыми стенками которой являются сменные планки.

Изобретение раскрывает контактную жидкость для ультразвуковой дефектоскопии, которая содержит хлорид металла или смесь хлоридов металлов с низкой температурой замерзания в водном растворе, жидкое стекло, полиакриламид, антикоррозионные добавки и воду, при этом она дополнительно содержит формиат металла или смесь формиатов металлов, имеющих низкую температуру замерзания в водном растворе, пропиленгликоль и глицерин, при следующем соотношении компонентов, мас.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Стенд для акустических испытаний звукопоглотителей содержит корпус со съемной передней крышкой, стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем, на днище корпуса через упругодемпфирующую прокладку установлен регулируемый источник шума, причем регулировка осуществляется по громкости звука и частоте сигнала с помощью усилителя мощности сигнала и осциллографа, а на расстоянии 1 м от крышки корпуса закреплен микрофон, сигналы уровней звукового давления от которого поступают на анализатор спектра частот, а затем на компьютер для обработки полученной информации, при этом уровень звуковой мощности Lp определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на измерительной поверхности S, м2, за которую принята площадь полусферы, где шумопоглощающая облицовка выполнена с резонансными вставками и содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков и пустотелых участков.

Изобретение относится к метрологии. В стенде для виброакустических испытаний образцов упругих и шумопоглощающих элементов, содержащем основание, на котором закреплена переборка, в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, а на переборке установлена стойка для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытуемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются индикатором перемещений.

Изобретение относится к метрологии. В способе для акустических испытаний звукопоглотителей с резонансными элементами, заключающемся в том, что в металлическом корпусе со съемной передней крышкой, стенки которого облицованы исследуемым звукопоглотителем, на днище корпуса через упругодемпфирующую прокладку устанавливают регулируемый источник шума, причем регулировку осуществляют по громкости звука и частоте сигнала с помощью усилителя мощности сигнала и осциллографа, а на расстоянии 1 м от крышки корпуса закрепляют микрофон, сигналы уровней звукового давления от которого направляют на анализатор спектра частот, а затем на компьютер для обработки полученной информации, а уровень звуковой мощности Lp определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на измерительной поверхности S, м2, за которую принята площадь полусферы, а затем находят корректированный уровень звуковой мощности LpА.

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Широкомасштабная радиогидроакустическая система включает в себя основную просветную параметрическую систему мониторинга, распознавания и классификации полей, генерируемых источниками в морской среде, которая содержит подводные излучатели и приемные блоки, соединенные кабелем с излучающим и приемным трактами системы соответственно, сформированные в морской среде между излучающими и приемными преобразователями рабочие зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн источников.

Изобретение относится к измерительному устройству и способу определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе. Измерительное устройство для определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе, посредством по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя, размещенного снаружи на стенке трубопровода и имеющего колебательный элемент, соединенный с участком стенки трубопровода, действующим в качестве колеблемой мембраны ультразвукового преобразователя, имеет карман, размещенный снаружи в трубопроводе, при этом нижняя часть кармана образует мембрану, причем между мембраной и колебательным элементом расположен соединительный элемент, поперечное сечение которого меньше поперечного сечения колебательного элемента. Способ определения скорости потока текучей среды, текущей в трубопроводе, в котором ультразвуковой преобразователь, размещенный снаружи на стенке трубопровода и имеющий колебательный элемент, соединенный с участком стенки трубопровода, использует участок в качестве колеблемой мембраны, заключается в том, что снаружи трубопровода размещают карман, нижняя часть которого образует мембрану, причем ультразвук передают между мембраной и колебательным элементом через соединительный элемент, поперечное сечение которого меньше поперечного сечения колебательного элемента. Технический результат – обеспечение простой конструкции, обладающей высокой степенью точности с широкой характеристикой излучения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх