Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом

Авторы патента:


Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом
Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом
Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом
Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом
Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом

Владельцы патента RU 2660011:

ФЛЕКСИМ ФЛЕКСИБЛ ИНДУСТРИМЕССТЕХНИК ГМБХ (DE)

Изобретение относится к способу и устройству для ультразвукового измерения расхода накладным методом по методу измерения времени прохождения. Для соответствующего изобретению способа ультразвукового измерения расхода по методу измерения времени прохождения на измерительной трубе расположены по меньшей мере четыре акустических преобразователя, которые с помощью устройства управления управляются таким образом, что измерение расхода осуществляется попеременно друг за другом в X-образной компоновке и отражательной компоновке. Для этого, соответственно, два акустических преобразователя включаются в соответствующую приемопередающую пару для измерения расхода в X-образной компоновке, или, соответственно, два акустических преобразователя включаются в соответствующую приемопередающую пару для двух отражательных компоновок. Технический результат - создание измерительного устройства для измерения расхода накладным методом, которое только с двумя парами акустических преобразователей обеспечивает возможность измерения как в отражательной компоновке, так и в X-образной компоновке, не требуя изменения положения акустических преобразователей при переключении между компоновками. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

[0001] Настоящее изобретение относится к способу и устройству для ультразвукового измерения расхода накладным методом по методу измерения времени прохождения.

[0002] Накладные расходомеры широко используются во многих областях промышленности. Одним из их существенных преимуществ является то, что измерение расхода происходит бесконтактным способом. В накладных расходомерах, основанных на методе измерения времени прохождения, измеряется разница во времени прохождения двух акустических сигналов, распространяющихся в направлении или соответственно против направления потока, и на этой основе вычисляется объемный поток. Для этой цели на стенке трубы закрепляются два акустических преобразователя, оба из которых могут работать в качестве передатчика и в качестве приемника. Акустический преобразователь состоит из активного элемента, например, пьезокерамики, расположенного на так называемом прямом ходе акустического преобразователя таким образом, что распространение звука осуществляется под углом излучения alpha (альфа). Генерация импульсов возбуждения для акустических преобразователей и оценивание принятых сигналов акустических преобразователей осуществляется в измерительном преобразователе. Он обеспечивает измерительный канал для каждого акустического преобразователя. Разность времени прохождения, dt, зависит от средней скорости потока, VI, на акустическом пути, константы датчика, Kа, и времени прохождения звука, t_fl, в текучей среде (флюиде). Зависимость описывается следующей формулой:

VI=Ka*(dt/2t_fl) Ур. (1)

[0003] При этом Ka является константой датчика, которая определяет угол излучения (падения) во флюиде:

Ka=c_alpha/sin(alpha) Ур. (2)

[0004] Здесь alpha и c_alpha представляют угол излучения и, соответственно, скорость звука в прямом ходе акустического преобразователя. Для того чтобы вычислить объемный поток (расход), необходимо еще знать гидромеханический коэффициент калибровки KF, который представляет собой отношение поверхностного среднего значения скорости потока, VA, к средней скорости потока, VI, на акустическом пути:

KF=VA/VI Ур. (3)

[0005] Тогда получается объемный поток Q с площадью А поперечного сечения трубы в виде:

Q=KF*A*Ka*(dt/2t_fl) Ур. (4)

[0006] При измерении расхода накладным методом используются диаметральные акустические пути, то есть, оба акустических преобразователя, необходимых для генерации акустического пути, расположены на трубе таким образом, что акустический путь пересекает ось трубы. Для этого, акустические преобразователи могут быть расположены на противоположных сторонах трубы. При этом речь идет о так называемом прямой компоновке. Если две прямые компоновки расположены так, что акустические пути пересекаются, то говорят об X-образной компоновке (DE 102011005170 В4, DE 102005047790 A1). Альтернативно, возможна отражательная компоновка, при которой акустические преобразователи расположены на одной и той же стороне измерительной трубы, и акустический сигнал однократно отражается на противоположной внутренней стороне трубы. (DE 102008029772 А1) X-образная компоновка и отражательная компоновка показаны на фиг. 1 и фиг. 2.

[0007] В нижеследующем описании, однократное распространение от внутренней стенки трубы к противоположной внутренней стенке трубы будет обозначаться акустическим путем. Тогда с помощью прямой компоновки реализуется одиночный акустический путь, а с помощью отражательной компоновки - два акустических пути. В обеих компоновках число акустических путей может увеличиваться за счет многократных отражений на внутренней стенке трубы. В отражательной компоновке, таким образом, возможны четные числа акустических путей, в прямой компоновке возможны нечетные числа акустических путей. Совокупность всех акустических путей между обоими акустическими преобразователями пары акустических преобразователей будет обозначаться акустическим трактом. Преимущество увеличения числа акустических путей состоит в удлинении акустического пути в случае малых труб. Плоскость, образованная обоими акустическими трактами X-образной компоновки или отражательной компоновки, обозначается как измерительная плоскость.

[0008] Преимущество отражательной компоновки состоит, в частности, в том, что не осевые компоненты вектора потока в значительной степени компенсируются, потому что они действуют на обоих отдельных путях с противоположным знаком. При измерении расхода накладным методом предполагается невозмущенный профиль потока. Это условие обеспечивается при достаточно длинном участке прямого хода перед точкой измерения. Вектор потока тогда лежит в направлении оси трубы, то есть содержит только осевую компоненту Vax. Вычисленное согласно Ур. (1) среднее значение пути, VL, совпадает тогда со средним значением пути, Vax. На практике условия прямого хода, как правило, не являются идеальными. Тогда вектор потока также содержит поперечную компоненту Vcr (поперечный поток), которая ориентирована перпендикулярно к оси трубы и лежит в плоскости, которая образована осью трубы и акустическим путем. Поперечная компонента в измеренном значении среднего значения пути VI_1path отдельного пути в прямой компоновке имеет следующий эффект:

VL_1path=Vax-Vcr[cos(gamma)/sin(gamma)] Ур. (5)

[0009] Здесь gamma представляет собой угол распространения в среде измерения, измеренный по отношению к нормали к стенке трубы. В отражательной или X-образной компоновке, влияние поперечной компоненты отсутствует, если предположить, что поперечный поток не изменяется внутри измеряемого объема. Это объясняется тем, что угол gamma в Ур. (5) для обоих содержащихся в отражательной или Х-образной компоновке отдельных акустических путей имеет противоположный знак.

[0010] Отражательная компоновка, однако, не всегда возможна. Максимальная измеримая скорость потока пропорциональна длине акустического тракта, так что прямая компоновка выбирается, когда в отражательной компоновке максимальная измеримая скорость потока меньше, чем желательный диапазон измерения.

[0011] Отражательная компоновка, правда, компенсирует поперечные компоненты вектора потока, однако обнаружение поперечных компонент из-за этого не представляется возможным. Для этого подходит Х-образная компоновка, показанная на фиг. 1. В среднем значении отдельных измерений на обоих акустических путях, поперечный поток также компенсируется, как в отражательной компоновке. Из разницы отдельных измерений может также вычисляться величина поперечного потока. Если на обоих отдельных путях Х-образной компоновки измеряются средние значения путей, VL_X1 и VL_X2, и углы gamma имеют, соответственно, противоположный знак, но идентичны по величине, то получается согласно Ур. (5):

VI_X1-VI_X2=2Vcr[соs(gamma)/sin(gamma)] Ур. (6)

[0012] Таким образом, компонента поперечного потока составляет

Vcr=1/2[VI_X1-VI_X2]/[соs(gamma)/sin(gamma)] Ур. (7)

[0013] Угол gamma получается согласно закону преломления Снеллиуса из константы датчика Ka в соответствии с Ур. (2) и скорости звука в среде измерения.

[0014] Наличие поперечного потока указывает на нарушение условий притока. Таким образом, обнаружение поперечного потока является дополнительной возможностью диагностики.

[0015] Таким образом, обе компоновки, отражательная и X-образная компоновка, имеют свои преимущества. Для того чтобы воспользоваться преимуществами обеих компоновок, в традиционной технологии должны устанавливаться обе компоновки и обслуживаться измерительным преобразователем. Отражательная и Х-образная компоновка вместе требуют три пары акустических преобразователей и соответственно один измерительный преобразователь с шестью измерительными каналами. Было бы желательно, реализовать обе измерительные компоновки с наименьшим возможным количеством акустических преобразователей обеих измерительных компоновок.

[0016] Места возмущений, например 90°-изгибы, создают, наряду с вышеупомянутыми поперечными компонентами потока, также асимметрию профиля потока. Влиянию асимметрий можно противодействовать путем применения нескольких измерительных плоскостей. Для этого пригодны, например, две показанные на фиг. 2 отражательные компоновки, которые тогда смещены друг от друга в направлении по окружности трубы на 90° и расположены в том же самом осевом положении на трубе. Это показано на фиг. 3. Также две Х-образные компоновки могут быть расположены в двух измерительных плоскостях. Если измеренный в направлении по окружности трубы угол первой измерительной плоскости обозначается как fi, то вторая измерительная плоскость имеет угол fi+90. Таким образом, могут измеряться две поперечные компоненты потока Vcr_fi и Vcr_fi90 и на этой основе могут быть вычислены величина Vcr_m и угол teta_Vcr вектора компоненты поперечного потока:

Vcr_m= Ур. (8)

teta_Vcr=аrсtan(Vcr_fi/Vcr_fi) Ур. (9)

[0017] Для того чтобы реализовать как две отражательные компоновки, так и две Х-образные компоновки, в традиционной технологии требуется в общей сложности шесть пар акустических преобразователей и, соответственно, 12 измерительных каналов в измерительном преобразователе.

[0018] DE 10248593 А1 описывает компоновку, которая дает возможность реализовать с помощью единственной пары акустических преобразователей различные количества акустических путей, не требуя изменения положения акустических преобразователей на трубе в соответствии с количеством акустических путей. Это реализуется тем, что применяются акустические преобразователи с большим углом раскрыва. Пара акустических преобразователей, которая в качестве отражательной компоновки с двумя акустическими путями установлена на трубе, также может принимать сигналы, которые с трехкратным отражением на внутренней стенке трубы проходят по четырем акустическим путям. Но тем самым реализуется всегда только либо отражательная компоновка, либо прямая компоновка, каждый раз с различным количеством акустических путей.

[0019] DE 102005047790 А1 описывает компоновку, которая обеспечивает возможность двух акустических путей с тремя акустическими преобразователями и двумя измерительными каналами, при этом два из трех акустических преобразователей включены параллельно и, таким образом, возбуждаются одновременно. Однако это имеет тот недостаток, что времена прохождения на обоих акустических путях должны достаточно сильно различаться, чтобы оба сигнала перекрывались не слишком сильно и, таким образом, могли оставаться отделяемыми друг от друга.

[0020] DE 102008029772 А1 описывает компоновку с по меньшей мере двумя датчиками, в которой по меньшей мере один из обоих датчиков включает в себя по меньшей мере два акустических преобразователя. Тем самым с одной и той же компоновкой могут быть реализованы по меньшей мере два различных акустических пути. Преимущество этой компоновки состоит в том, что не требуется никакой затратной адаптации положения датчиков со скоростью звука среды измерения. Акустические преобразователи расположены внутри датчика таким образом, что для соответствующих акустических путей получаются различные углы распространения в среде, и во время фазы диагностики выбирается акустический путь, оптимальный для соответствующей среды измерения. Поэтому одновременная реализация отражательной и прямой компоновки не представляется возможной.

[0021] Другие ультразвуковые системы измерения расхода известны из следующих публикаций, которые, однако, не решают описанную проблему. Так US 6293156 В1 описывает ультразвуковую систему измерения потока в соответствии с взаимно-корреляционным методом. Заявлено решение, при котором необходимы только один передающий преобразователь и два приемных преобразователя, чтобы сформировать два акустических пути, сигналы которых коррелированы. US 2013/0174669 А1 раскрывает измерение расхода по способу разности времен прохождения, причем по выбору определяется разность времен прохождения между сигналами восходящего и нисходящего потока на пути в прямой компоновке (режим 1) или разность времен прохождения между сигналами нисходящего потока на двух путях в прямой компоновке с различными углами путей (режим 2). В качестве преимущества указывается, что при высокой скорости потока сигналы нисходящего потока, как правило, имеют лучшее качество, чем сигналы восходящего потока. Тогда используется режим 1. Если могут быть использованы оба режима, то может быть определен поперечный поток и, таким образом, скомпенсирован. Компоновка допускает, таким образом, расширение коэффициента изгиба вниз и компенсацию поперечного потока, но не то и другое одновременно. Самокомпенсация поперечного потока, как это реализовано в отражательной компоновке, не представляется возможной.

[0022] Компоновка, которая по выбору обеспечивает возможность измерения в соответствии с методом времени прохождения и в соответствии с доплеровским методом, описана в US 8019559 В1. В US 8234934 В2, за счет использования угла раскрыва, дополнительно формируются измерительные пути между не составляющими пары преобразователями (перекрестно). Таким образом, получают дополнительные диагностические значения без необходимости установки дополнительных преобразователей. US 4015470 А реализует комбинацию перпендикулярного акустического пути для измерения скорости звука и наклонного акустического пути для измерения потока. В ЕР 2072972 А1 раскрыт многолучевой расходомер с не диаметральными измерительными путями, и в US 20140109645 А1 заявлен монитор состояния для контроля функционирования расходомера. US 20110271769 А1 раскрывает оценку сигнала стенки трубы по сравнению с сигналом флюида для измерения скорости звука с использованием волн Лэмба. Комбинация метода разности времен прохождения с корреляционным методом, что основано на сигналах, которые отражаются от частиц в текущем флюиде, описана в US 5533408 А, а в US 5440937 А раскрыта прямая компоновка для измерения разности времен прохождения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] В основе настоящего изобретения лежит задача создать измерительное устройство для измерения расхода накладным методом, которое только с помощью двух пар акустических преобразователей обеспечивает возможность измерения как в отражательной компоновке, так и в X-образной компоновке, не требуя изменения положения акустических преобразователей при переключении между компоновками.

[0024] Для соответствующего изобретению способа, на измерительной трубе расположены по меньшей мере четыре акустических преобразователя, которые управляются таким образом, что измерение расхода осуществляется попеременно друг за другом в X-образной компоновке и отражательной компоновке. Для этого, соответственно, два акустических преобразователя соединены в соответствующую приемопередающую пару для измерения расхода в X-образной компоновке, или, соответственно, каждые два акустических преобразователя соединены в соответствующую приемопередающую пару для двух отражательных компоновок.

[0025] С помощью расположенных таким образом акустических преобразователей определяется средняя скорость потока, а также компонента поперечного потока, причем компонента поперечного потока сохраняется в качестве диагностического значения и отображается, и при превышении предварительно определенного максимального значения компоненты поперечного потока формируется предупредительный сигнал.

[0026] В другой форме выполнения способа осуществляется первое измерение расхода в X-образной компоновке, в которой определяется по меньшей мере одна средняя скорость потока. При средней скорости потока меньшей, чем допустимая для отражательной компоновки максимальная скорость потока, выполняется второе измерение расхода в отражательной компоновке, или при определенной скорости потока большей или равной максимальной скорости потока, допустимой для отражательной компоновки, повторяется измерение расхода в X-образной компоновке.

[0027] Устройство согласно изобретению для ультразвукового измерения расхода накладным методом содержит по меньшей мере четыре акустических преобразователя, которые размещены попарно, диаметрально противоположно друг другу, на измерительной трубе. Измерение расхода в отражательной компоновке или в Х-образной компоновке реализуется с помощью устройства управления. В зависимости от управления с помощью устройства управления, соответственно, два акустических преобразователя образуют, соответственно, приемопередающую пару для измерения расхода в двух отражательных компоновках или, соответственно, приемопередающую пару для измерения расхода в X-образной компоновке.

[0028] Соответствующее изобретению схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом включает в себя по меньшей мере четыре акустических преобразователя, которые расположены на измерительной трубе. Для этой цели датчик сигнала через четыре переключающих элемента и усилитель через четыре других переключающих элемента соединены с акустическими преобразователями, причем для первого измерения каждые два акустических преобразователя соединены в соответствующую приемопередающую пару, так что два акустических преобразователя соединены как передающие блоки, и два акустических преобразователя соединены как приемные блоки для измерения расхода в X-образной компоновке, а для второго измерения расхода каждые два датчика через четыре переключающих элемента соединены в соответствующую приемопередающую пару для измерения расхода в отражательной компоновке.

[0029] Преимущество изобретения состоит в том, что преимущества отражательной компоновки, а именно, что не осевые компоненты вектора потока в значительной степени компенсируются, и Х-образной компоновки, а именно, определение поперечных компонент, объединены в одном устройстве.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0030] Ниже примеры выполнения изобретения поясняются более подробно со ссылкой на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - X-образные компоновки акустических преобразователей в соответствии с уровнем техники,

Фиг. 2 - отражательные компоновки акустических преобразователей в соответствии с уровнем техники,

Фиг. 3 - две отражательные компоновки, смещенные на 90° относительно друг друга в соответствии с уровнем техники,

Фиг. 4 - соответствующее изобретению устройство из двух отражательных компоновок на измерительной трубе,

Фиг. 5 - фрагмент фиг. 4 и

Фиг. 6 - схемное устройство для управления акустическими преобразователями.

[0031] Как уже описано, при измерении расхода накладным методом применяются отражательная компоновка акустических преобразователей на той же самой стороне измерительной трубы (два акустических пути) или прямая компоновка акустических преобразователей на противоположных сторонах трубы (один акустический путь) или комбинация двух прямых компоновок в Х-образной компоновке. Как отражательная, так и Х-образная компоновка имеют свои преимущества и недостатки. Таким образом, было бы желательным использовать обе компоновки параллельно, что могло быть реализовано в соответствии с уровнем техники с помощью трех пар акустических преобразователей. Для того чтобы установить эту компоновку в двух измерительных плоскостях, требуются шесть пар акустических преобразователей и 12 измерительных каналов.

[0032] Соответствующее изобретению решение состоит в том, что оба способа выполняются с теми же самыми акустическими преобразователями, то есть с оптимальным для двух отражательных компоновок расположением датчиков также реализуется Х-образная компоновка. Для этого, как показано на фиг. 4, две отражательные компоновки установлены на противолежащих позициях на измерительной трубе 1, через которую протекает объемный поток V. Нижний левый акустический преобразователь Т4 расположен диаметрально противоположно верхнему левому акустическому преобразователю T1, а нижний правый акустический преобразователь Т2 расположен диаметрально противоположно верхнему правому акустическому преобразователю T3 на измерительной трубе 1. Первая отражательная компоновка реализуется между верхним левым акустическим преобразователем Т1 и верхним правым акустическим преобразователем Т3 с акустическим путем SP1, и вторая отражательная компоновка реализуется между нижним правым акустическим преобразователем Т2 и нижним левым акустическим преобразователем T4 с акустическим путем SP2. Акустические пути SP1 и SP2 включают в себя, соответственно, отражение на внутренней стенке трубы, противоположной акустическим преобразователям. При этом акустические пути обеих отражательных компоновок лежат в одной и той же плоскости.

[0033] Для того чтобы реализовать Х-образную компоновку с одними и теми же акустическими преобразователями T1-T4, расстояния между верхним левым акустическим преобразователем T1 и верхним правым акустическим преобразователем Т3 и нижним правым акустическим преобразователем T2 и нижним левым акустическим преобразователем Т4 уменьшаются в направлении оси трубы. Однако оказалось, что, в частности, с использованием поверхностных волновых мод стенки трубы возможно некоторое отклонение расстояния между датчиками от оптимального. Звук, проходящий по акустическим путям SP3 и SP4, в X-образной компоновке при применении поверхностных волновых мод от верхнего левого акустического преобразователя T1 и верхнего правого акустического преобразователя Т3, вводится в стенку трубы и распространяется параллельно поверхности трубы. Во время распространения в стенке трубы звук непрерывно излучается в среду. На противолежащей стороне стенки трубы, акустические пути SP3 и SP4 после попадания на нее, также проходят некоторый участок параллельно к поверхности трубы к нижнему правому акустическому преобразователю T2 и нижнему левому акустическому преобразователю Т4. В среде, таким образом, образуется очень широкий акустический пучок. Для вычисления времени прохождения могут использоваться, в качестве альтернативы, акустические пути SP3 и SP4, показанные пунктиром на фиг. 4. Фиг. 5 показывает фрагмент фиг. 4, в котором ход акустического пути SP4 в трубе у верхнего левого акустического преобразователя Т1 можно видеть более четко. Увеличение расстояния между датчиками от оптимального значения приводит к увеличению времени прохождения между акустическими преобразователями из-за того, что время прохождения в стенке трубы увеличивается. Однако это может быть скомпенсировано, так как время прохождения через стенку трубы, t_pipe, может быть вычислено из скорости распространения волны в стенке трубы, c_pipe, и дополнительного расстояния x_pipe

t_pipe=x_pipe/c_pipe Ур. (10)

[0034] Время прохождения звука, t_fl, во флюиде получается из общего времени прохождения t от передающего акустического преобразователя к приемному акустическому преобразователю и времени прохождения tdelay через прямой ход акустических преобразователей и электронику, а также времени прохождения в стенке трубы, t_pipe, в следующем виде:

t_fl=t-tdelay- t_pipe Ур. (11)

[0035] Кроме того, для t_fl справедливо

t_fl=2d/cos(gamma)/c_fl Ур. (12)

[0036] Путь распространения x_pipe в стенке трубы получается из расстояния x0 между акустическим входом и акустическим выходом в стенке трубы и пути распространения x_fl во флюиде. Путь x_fl зависит от внутреннего диаметра d трубы и тангенциально зависит от угла облучения (падения) gamma во флюиде. Это основано на законе преломления Снеллиуса и соответствующих тригонометрических соотношениях. Скорость звука в жидкости, c_fl, тогда вычисляется следующим образом:

Ур. (13)

[0037] С помощью Ур. (12) можно тогда вычислить также время прохождения звука во флюиде, t_fl.

[0038] Режимы поверхностных волн пригодны особым образом, чтобы передавать ультразвуковые сигналы от акустического преобразователя в среду и при этом формировать распространение в направлении продольной оси трубы. В принципе, также могут применяться и другие так называемые плоские моды в стенке трубы. То, какие моды распространения звука в стенке трубы доминируют, определяется углом падения и скоростью звука акустических преобразователей, а также скоростью звука и толщиной стенки трубы.

[0039] Для соответствующего изобретению режима работы двух отражательных компоновок и Х-образной компоновки требуется измерительный преобразователь, который управляет четырьмя акустическими преобразователями T1, T2, T3 и T4, из которых каждые два реализуют акустический путь. Фиг. 6 показывает возможное схемное устройство для управления акустическими преобразователями T1, T2, T3 и T4. Схема состоит, в дополнение к четырем акустическим преобразователям T1, T2, T3 и T4, из генератора сигнала Тr и восьми переключающих элементов S1-S8 и усилителя Rc. С помощью переключающих элементов S1, S3, S5 и S7 генератор сигнала Tr соединяется с акустическими преобразователями T1, T2, T3 и T4, соответственно. Если акустические преобразователи Т1, Т2, Т3 и Т4 управляются импульсом возбуждения (например, прямоугольным импульсом), они действуют в качестве акустического передающего блока. Кроме того, переключающие элементы S2, S4, S6 и S8 соединяют акустические преобразователи Т1, Т2, Т3 и Т4 с усилителем Rc. При соответствующем управлении переключающими элементами реализуются желательные приемопередающие пары (X-образная компоновка или отражательные компоновки). Для первого измерения, верхний левый акустический преобразователь T1 и нижний правый акустический преобразователь Т2 через переключающие элементы S2, S3 (фиг. 6), а затем верхний правый акустический преобразователь Т3 и нижний левый акустический преобразователь Т4 через переключающие элементы S6 и S7 соединяются в соответствующую приемопередающую пару, тем самым реализуя Х-образую компоновку, причем нижний правый акустический преобразователь Т2 и нижний левый акустический преобразователь T4 соединены передающие блоки, а верхний левый акустический преобразователь Т1 и верхний правый акустический преобразователь Т3 соединены как приемные блоки. Для второго измерения, верхний левый акустический преобразователь Т1 и верхний правый акустический преобразователь Т3, а также нижний правый акустический преобразователь T2 и нижний левый акустический преобразователь Т4, соответственно, соединены в приемопередающую пару посредством переключающих элементов S2, S5, S3 и S8 и, тем самым, реализуют две отражательные компоновки.

[0040] Обе отражательные компоновки и Х-образная компоновка, таким образом, могут быть реализованы посредством различных режимов работы измерительного преобразователя при неизменной компоновке акустических преобразователей.

[0041] Для осуществления способа в первой форме выполнения, верхний левый акустический преобразователь T1 и нижний правый акустический преобразователь Т2 расположены диаметрально противоположно верхнему правому акустическому преобразователю T3 и нижнему левому акустическому преобразователю Т4. Они работают поочередно в X-образной компоновке и отражательной компоновке. При этом следует отметить, что максимально допустимые скорости потока обеих компоновок различны, причем максимально допустимая скорость потока для X-образной компоновки всегда больше. Сначала осуществляется первое измерение в X-образной компоновке, при этом определяются средняя скорость потока и компонента поперечного потока. Если определенная таким образом скорость потока, меньше, чем допустимая для отражательной компоновки максимальная скорость потока, то затем выполняется следующее измерение в отражательной компоновке, в противном случае следующее измерение вновь осуществляется в X-обратной компоновке. Компонента поперечного потока сохраняется в качестве диагностического значения и отображается. Если компонента поперечного потока превышает заданное максимальное значение, то формируется предупредительный сигнал.

[0042] Вторая форма выполнения состоит в том, что верхний левый акустический преобразователь T1 и нижний правый акустический преобразователь T2, а также верхний правый акустический преобразователь Т3 и нижний левый акустический преобразователь Т4 располагаются так, как описано в первой форме выполнения. Для второй измерительной плоскости соответственно располагаются другие акустические преобразователи, которые смещены на 90° относительно друг друга в направлении по окружности трубы. Таким образом, сначала в обеих измерительных плоскостях осуществляют последовательно измерения в X-образной компоновке и из измеренных в обеих измерительных плоскостях средних скоростей потока вычисляют среднюю скорость потока обеих измерительных плоскостей, величину или угол вектора компоненты поперечного потока. Если средняя скорость потока меньше, чем допустимая для отражательной компоновки максимальная скорость потока, то следующее измерение в обеих измерительных плоскостях осуществляют в отражательной компоновке, в противном случае следующее измерение в обеих измерительных плоскостях снова осуществляют в X-образной компоновке. Величина и угол вектора компоненты поперечного потока могут сохраняться в качестве диагностического значения и отображаться. Если величина и/или угол компоненты поперечного потока превышают предварительно заданное максимальное значение, то может быть сформирован предупредительный сигнал.

1. Способ ультразвукового измерения расхода накладным методом по методу измерения времени прохождения, причем четыре акустических преобразователя (Т1, Т2, Т3, Т4) расположены на измерительной трубе (1), отличающийся тем, что

четыре акустических преобразователя (Т1, Т2, Т3, Т4) с помощью устройства управления управляются таким образом, что измерение расхода осуществляется друг за другом в X-образной компоновке и в отражательных компоновках.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что,

соответственно, два верхние, расположенные рядом друг с другом правый и левый акустические преобразователи (T3, Т1) расположены, соответственно, напротив двух нижних, расположенных рядом друг с другом правого и левого акустических преобразователей (Т2, Т4), и верхний левый акустический преобразователь (T1) с нижним правым акустическим преобразователем (Т2), а также верхний правый акустический преобразователь (T3) с нижним левым акустическим преобразователем (T4) объединяют в соответствующую приемопередающую пару для измерения расхода в Х-образной компоновке, и верхний левый акустический преобразователь (T1) с верхним правым акустическим преобразователем (Т3), а также нижний левый акустический преобразователь (Т4) с нижним правым акустическим преобразователем (Т2) объединяют в соответствующую приемопередающую пару для двух отражательных компоновок.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что

определяют среднюю скорость потока, а также компоненту поперечного потока, причем компоненту поперечного потока сохраняют в качестве диагностического значения и отображают и при превышении заранее определенного максимального значения компоненты поперечного потока формируют предупредительный сигнал.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что

осуществляют первое измерение расхода в X-образной компоновке, при котором определяют по меньшей мере одну среднюю скорость потока,

при средней скорости потока, меньшей, чем допустимая для отражательной компоновки максимальная скорость потока, осуществляют второе измерение расхода в отражательной компоновке, или

при определенной скорости потока, большей или равной допустимой для отражательной компоновки максимальной скорости потока, повторяют измерение расхода в X-образной компоновке.

5. Устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом по методу измерения времени прохождения, причем четыре акустических преобразователя (Т1, Т2, Т3, Т4) расположены на измерительной трубе (1), отличающееся тем, что

четыре акустических преобразователя (Т1, Т2, Т3, Т4) расположены попарно, диаметрально противоположно по отношению друг к другу, на измерительной трубе (1), и посредством устройства управления реализуется измерение расхода как в отражательной компоновке, так и в X-образной компоновке.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что,

соответственно, два верхние, расположенные рядом друг с другом правый и левый акустические преобразователи (T3, Т1) расположены напротив, соответственно, двух нижних, расположенных рядом друг с другом, правого и левого акустических преобразователей (Т2, Т4), и нижний левый акустический преобразователь (T4) по отношению к верхнему левому акустическому преобразователю (T1) и нижний правый акустический преобразователь (Т2) по отношению к верхнему правому акустическому преобразователю (T3) расположены диаметрально противоположно на измерительной трубе (1), и в зависимости от управления посредством устройства управления верхний левый акустический преобразователь (T1) и верхний правый акустический преобразователь (Т3), а также нижний левый акустический преобразователь (Т4) и нижний правый акустический преобразователь (Т2) образуют, соответственно, приемопередающую пару для измерения расхода в отражательной компоновке, и верхний левый акустический преобразователь (T1) и нижний правый акустический преобразователь (Т2), а также верхний правый акустический преобразователь (T3) и нижний левый акустический преобразователь (T4) образуют, соответственно, приемопередающую пару для измерения расхода в Х-образной компоновке.

7. Схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом по методу измерения времени прохождения, причем четыре акустических преобразователя (Т1, Т2, Т3, Т4) расположены на измерительной трубе (1), отличающееся тем, что

четыре акустических преобразователя (Т1, Т2, Т3, Т4) расположены попарно, диаметрально противоположно по отношению друг к другу, на измерительной трубе (1), и генератор сигнала (Тr) через переключающие элементы (S1, S3, S5 и S7) и усилитель (Rc) через переключающие элементы (S2, S4, S6 и S8) соединены с акустическими преобразователями (Т1, Т2, Т3 и Т4), причем для первого измерения, верхний левый акустический преобразователь (T1) через переключающий элемент (S2) и переключающий элемент (S3) с нижним правым акустическим преобразователем (Т2) и затем верхний правый акустический преобразователь (T3) через переключающий элемент (S6) и переключающий элемент (S7) с нижним левым акустическим преобразователем (T4) объединяются в соответствующую приемопередающую пару, так что нижний правый акустический преобразователь (Т2) и нижний левый акустический преобразователь (Т4) включены в качестве передающих блоков, а верхний левый акустический преобразователь (T1) и верхний правый акустический преобразователь (T3) включены в качестве приемных блоков, и, таким образом, реализуется измерение расхода в X-образной компоновке, и для второго измерения расхода, верхний левый акустический преобразователь (T1) и верхний правый акустический преобразователь (T3), а также нижний правый акустический преобразователь (T2) и нижний левый акустический преобразователь (Т4) соединены в соответствующую приемопередающую пару через переключающий элемент (S2), переключающий элемент (S5), переключающий элемент (S3) и переключающий элемент (S8), и, таким образом, реализуется измерение расхода в отражательной компоновке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения пространственного распределения частиц. Способ определения содержит следующие этапы: получение реальных двумерных изображений частиц с различными эффективными функциями отображения в соответствующий момент времени; задание оцененного пространственного распределения частиц; вычисление виртуальных двумерных изображений оцененного пространственного распределения с различными функциями отображения; регистрацию различий между виртуальными двумерными изображениями и реальными двумерными изображениями; и изменение оцененного пространственного распределения частиц с целью получить пространственное распределение, приближенное к фактическому пространственному распределению частиц в момент времени.

Настоящее изобретение относится к расходомерам и, в частности, к ультразвуковым расходомерам с временем прохождения. Согласно изобретению предлагается способ определения скорости потока жидкости в трубопроводе для текучей среды.

Группа изобретений относится к области авиационного приборостроения и может быть использована для измерения параметров ветра на борту самолета. Сущность изобретений заключается в том, что с помощью двух датчиков измерения давления набегающего воздушного потока, приемные каналы которых расположены под одинаковыми углами зеркально симметрично относительно оси поворотного малоинерционного устройства, регистрируют давление ветрового потока, сигналы от датчиков поступают на блок управления синхронно-следящим приводом выполненного с возможностью разворота поворотного малоинерционного устройства таким образом, что его измерительная ось неизменно совмещается с направлением набегающего воздушного потока и с направлением вектора истинной скорости самолета, и при известных параметрах вектора истинной скорости, а также значениях путевой скорости, измеренной любым способом, вычисляют мгновенные значения скорости и направления ветра.
Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения усредненных значений горизонтальной и вертикальной составляющих скорости ветра и его направления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры нестационарного газового потока, теплового импульса потока, скорости движения фронта теплового возмущения, зависимости скорости движения фронта теплового возмущения от расстояния до источника его возникновения.

Группа изобретений относится к метеорологии и может быть использована для измерения скорости ветра и температуры воздуха в атмосферном пограничном слое до высоты 2-3 км.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения направления и скорости ветра в вертикальном разрезе. Сущность: в интересующую область пространства запускают беспилотный летательный аппарат (БПЛА), для которого заранее определена калибровочная зависимость между наклоном вектора тяги, вектором скорости ветра, углом поворота корпуса БПЛА, атмосферным давлением, влажностью, температурой и суммарной мощностью, развиваемой двигателями БПЛА.

Изобретение относится к области морского приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве технических средств измерений морских подводных течений.

Группа изобретений относится к датчикам для измерения скорости воздушного летательного аппарата по отношению к окружающей его воздушной массе. Сущность заключается в том, что устройство для измерения скорости воздуха содержит гибкую конструкцию, имеющую внешнюю поверхность с первым открытым каналом для воздуха, имеющим нижнюю часть с первым отверстием, и первый датчик давления, установленный в гибкой конструкции в положении с нижней стороны и сообщающийся по текучей среде с первым отверстием.

Способ определения скорости ветра над водной поверхностью, в котором получают при помощи двух оптических систем на основе линеек ПЗС-фотодиодов с разными направлениями визирования два пространственно-временных изображения водной поверхности.

Настоящее изобретение относится к расходомерам и, в частности, к ультразвуковым расходомерам с временем прохождения. Согласно изобретению предлагается способ определения скорости потока жидкости в трубопроводе для текучей среды.

Изобретение предоставляет способ и устройство для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера. Способ для отслеживания состояния измерения кориолисового массового расходомера заключается в том, что эквивалентную возбуждающую силу F прикладывают для замены силы Кориолиса Fc, создаваемой при вибрации жидкости в трубке, при этом эффект действия эквивалентной возбуждающей силы F является тем же, что и у силы Кориолиса Fc, а разность фаз создается с обеих сторон вибрирующей трубки датчика в случае, когда жидкость не течет сквозь нее, и, в конце концов, датчик расхода показывает величину массового расхода жидкости путем непрерывной детекции и вычисления.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для регулировки и поверки радиолокационных уровнемеров. Способ регулировки и поверки радиолокационных уровнемеров основан на имитации измерения уровня в горизонтальной плоскости путем последовательного воспроизведения нескольких заданных расстояний между плоским отражателем и радиолокационным уровнемером.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для регулировки и поверки радиолокационных уровнемеров. Способ регулировки и поверки радиолокационных уровнемеров основан на имитации измерения уровня в горизонтальной плоскости путем последовательного воспроизведения нескольких заданных расстояний между плоским отражателем и радиолокационным уровнемером.

Изобретение относится к области расходоизмерительной техники и предназначено для передачи единицы объемного расхода газа от опорного критического сопла к калибруемому с минимальным влиянием передаточной функции компаратора на конечную переданную единицу расхода.

Группа изобретений относится к акустическим методам измерения и контроля и может быть использована для определения уровня жидкости в скважинах, колодцах и резервуарах.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровней границ раздела диэлектрических сред в различных отраслях промышленности - нефтеперерабатывающей, газовой, химической и др.

Представлена система регулирования уровня жидкости в технологической установке. Система регулирования уровня жидкости содержит: подвижный узел, содержащий стержень, при этом стержень подвижного узла включает в себя ближний конец и дальний конец; поплавок, прикрепленный к дальнему концу стержня; приводной механизм, функционально связанный с подвижным узлом; процессор, связанный с приводным механизмом и выполненный с возможностью перемещения поплавка с помощью подвижного узла; датчик, содержащий вход и выход, причем вход датчика функционально связан с подвижным узлом для приема входного сигнала, представляющего характеристику поплавка или рабочей среды, а выход датчика функционально связан с процессором для создания выходного сигнала, связанного с входным сигналом; запоминающее устройство, связанное с процессором; приводящий в действие модуль, сохраненный в запоминающем устройстве, который, будучи выполняемым в процессоре, приводит в действие приводной механизм; устройство вывода данных, соединенное с процессором, и демонстрирующий модуль, сохраненный в запоминающем устройстве, который, будучи выполняемым в процессоре, демонстрирует выходной сигнал датчика на устройстве вывода данных.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам, позволяющим провести измерения объемного расхода не только газа, но и газовых смесей.

Изобретение относится к ультразвуковому расходомеру для измерения скорости потока и/или расхода текучей среды. Ультразвуковой расходомер содержит: измерительный преобразователь, имеющий соединительные фланцы для присоединения трубопроводов текучей среды и среднюю часть, выполненную с возможностью пропускания текучей среды, по меньшей мере два помещенных в среднюю часть ультразвуковых преобразователя, которые образуют пару ультразвуковых преобразователей и между которыми установлена измерительная цепь, проходящая через поток, датчик давления, удерживаемый в средней части в гнезде датчика давления и имеющий сообщение по текучей среде с внутренностью средней части через гнездо поршня, калибровочный вывод, удерживаемый в средней части в гнезде калибровочного вывода и имеющий сообщение по текучей среде с внутренностью средней части через гнездо поршня, причем поршень в гнезде поршня выполнен с возможностью приведения в два положения, при этом в первом положении датчик давления имеет сообщение по текучей среде с внутренностью средней части, а во втором положении датчик давления через гнездо поршня имеет сообщение по текучей среде с калибровочным выводом.

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).

Изобретение относится к способу и устройству для ультразвукового измерения расхода накладным методом по методу измерения времени прохождения. Для соответствующего изобретению способа ультразвукового измерения расхода по методу измерения времени прохождения на измерительной трубе расположены по меньшей мере четыре акустических преобразователя, которые с помощью устройства управления управляются таким образом, что измерение расхода осуществляется попеременно друг за другом в X-образной компоновке и отражательной компоновке. Для этого, соответственно, два акустических преобразователя включаются в соответствующую приемопередающую пару для измерения расхода в X-образной компоновке, или, соответственно, два акустических преобразователя включаются в соответствующую приемопередающую пару для двух отражательных компоновок. Технический результат - создание измерительного устройства для измерения расхода накладным методом, которое только с двумя парами акустических преобразователей обеспечивает возможность измерения как в отражательной компоновке, так и в X-образной компоновке, не требуя изменения положения акустических преобразователей при переключении между компоновками. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх