PL174417B1 - Przepływomierz ultradźwiękowy - Google Patents

Przepływomierz ultradźwiękowy

Info

Publication number
PL174417B1
PL174417B1 PL94310546A PL31054694A PL174417B1 PL 174417 B1 PL174417 B1 PL 174417B1 PL 94310546 A PL94310546 A PL 94310546A PL 31054694 A PL31054694 A PL 31054694A PL 174417 B1 PL174417 B1 PL 174417B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
flow meter
channel
meter according
partition
fragment
Prior art date
Application number
PL94310546A
Other languages
English (en)
Other versions
PL310546A1 (en
Inventor
Noel Bignell
Original Assignee
Agl Consultancy Pty Ltd
Commw Scient Ind Res Org
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agl Consultancy Pty Ltd, Commw Scient Ind Res Org filed Critical Agl Consultancy Pty Ltd
Publication of PL310546A1 publication Critical patent/PL310546A1/xx
Publication of PL174417B1 publication Critical patent/PL174417B1/pl

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G01F1/668Compensating or correcting for variations in velocity of sound
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662Constructional details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

Abstract

1. Przeplywomierz ultradzwiekowy, zawierajacy kanal pomiarowy, który sta- nowi obszar pomiaru predkosci przeplywu plynu, majacy kolowy przekrój poprzecz- ny co najmniej na czesci swojej dlugosci, przy czym na przeciwleglych koncach ka- n a lu pom iarow ego sa um ieszczone ultradzw iekow e przetw orniki nadaw - czo-odbiorcze, znamienny tym, ze za- wiera co najmniej jedna, tlumiaca fale akustyczne przegrode (10, 11, 12) usy- tuowana centralnie w kanale pom iaro- wym (4, 13), pomiedzy ultradzwieko- wymi przetwornikami nadawczo-odbiorczymi (2,3). F IG. 7 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest przepływomierz ultradźwiękowy, stosowany zwłaszcza do pomiaru prędkości przepływu płynu jak i gazu, szczególnie gazu używanego w gospodarstwie domowym, takiego jak: metan, propan, tlen, wodór lub gazach wykorzystywanych w przemyśle. Przepływomierz może stanowić część urządzenia do pomiaru zużycia gazu w gospodarstwie domowym lub zakładzie przemysłowym, szczególnie przystosowanego do pomiaru przepływu gazu ziemnego. Zastosowania pomiaru prędkości przepływu cieczy obejmują pomiary przepływu ciekłego węglowodoru, wody, jak również pomiary prędkości statków.
174 417
Z opisu zgłoszenia międzynarodowego nr WO 86/02723 znany jest przepływomierz ultradźwiękowy 1, przedstawiony na fig. 1E, zawierający kanał pomiarowy 4 o przekroju kołowym, w którym dokonuje się pomiaru prędkości przepływającej przez niego cieczy lub gazu. Na przeciwległych końcach kanału 4 są usytuowane dwa przetworniki nadawczo-odbiorcze 2, 3. Ściany kanału pomiarowego 4 są wyłożone materiałem dźwiękochłonnym w celu zredukowania odbicia od ścian fali dźwiękowej 6, przemieszczającej się pomiędzy przetwornikami nadawczo-odbiorczymi 2, 3. To pochłanianie lub wygaszanie fali dźwiękowej 6 jest charakterystyczne dla wszystkich rodzajów ultradźwięków przepływających pomiędzy dwoma przetwornikami nadawczo-odbiorczymi 2, 3. Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w gazie, wypełniającym kanał pomiarowy 4 określa się za pomocą dwóch pomiarów czasu przemieszczania się impulsu ultradźwiękowego w strumieniu gazu, przy czym jeden pomiar dokonuje się gdy fala dźwiękowa rozchodzi się w kierunku przepływu, zaś drugi pomiar w kierunku pod prąd. Fig. 1A-1D - przedstawiają wykres rozchodzenia się fali dźwiękowej 6 w kanale pomiarowym 4, obserwowany na ekranie lampy oscyloskopowej. Jako moment pomiaru czasu przyjęto punkt przecięcia najbardziej stromo pochylonego fragmentu wykresu z osią czasu. Pionowa i pozioma oś jest podzielona na działki, przy czym jedna działka na osi pionowej odpowiada jednostce napięcia mierzonego w voltach, zaś jedna działka na osi poziomej odpowiada jednostce czasu mierzonej w mikrosekundach. W ten sam sposób jest wyskalowany oscyloskop katodowy. Powyższe wykresy uzyskano dla następujących parametrów: kanał 1 - napięcie 2V na jedną działkę; czas 50 μs na jedną działkę; kanał pomocniczy 2 - napięcie 1V na jedną działkę. Dla lepszego zrozumienia zachodzących zjawisk w kanale z fig. 1E, na fig. 2A-2I przedstawiono, na zasadzie analogi do bębna, rozprzestrzenianie się fal akustycznych różnego rodzaju, które zostały zastosowane w omawianym przykładzie. Jak wynika z analizy fig. 2A-2I rozchodzenie się fal 4 różnego rodzaju związane jest z drganiami centralnej części kanału 4, długością kanału, wzajemnym usytuowaniem przetworników nadawczo-odbiorczych 2, 3, średnicą kanału 4 i prędkością fali 6. W przypadku pomiaru dokonywanego podczas przepływu gazu w kierunku zgodnym z kierunkiem propagacji dźwięku, jak to przedstawiono na fig. 3, uzyskuje się wykres przedstawiony na fig. 4. Na fig. 4 są przedstawione dwa wykresy, jeden dla zerowej prędkości przepływu, dla fali akustycznej rodzaju (0,2), której amplituda jest równa około dwóm trzecim amplitudy fali płaskiej oraz drugi wykres dla niezerowej prędkości przepływu, gdzie stosunek amplitud jest odwrotny.
Jak przedstawiono na fig. 4 wykres zawiera większe maksymalne wychylenie. Dzieje się tak dlatego, że powstałe pole nałożonych na siebie prędkości ugina falę dźwiękową emitowaną z przetwornika 3, która w przeciwnym przypadku byłaby stracona w rejonie połączenia z częścią odcinka pomiarowego o mniejszej średnicy. Podobny efekt jest uzyskiwany gdy w kanale 4 jest umieszczony gorący gaz, zaś kanał 4 ma niższą temperaturę. Utrudnia to jeszcze bardziej detekcję właściwego przejścia przez zero. Jednak wadą tego znanego urządzenia jest to, że pomiar jest obciążony dużym błędem, gdyż impuls fali sygnału dźwiękowego przecina oś w pewnej ilości miejsc przez co będzie występowało wiele przejść przez punkt zerowy, dlatego dla niezawodności pomiaru koniecznym jest ustalenie, który odcinek krzywej na wykresie przecinający się z osią czasu stanowić będzie ten wybrany moment przejścia przez zero. Jednak znane przepływomierze nie spełniają tego warunku co stanowi ich wadę.
Przepływomierz ultradźwiękowy, według wynalazku, zawierający kanał pomiarowy, który stanowi obszar pomiaru prędkości przepływu płynu, mający kołowy przekrój poprzeczny co najmniej na części swojej długości, przy czym na przeciwległych końcach kanału pomiarowego są umieszczone ultradźwiękowe przetworniki nadawczo-odbiorcze, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jedną, tłumiącą fale akustyczne przegrodę, usytuowaną centralnie w kanale pomiarowym, pomiędzy ultradźwiękowymi przetwornikami nadawczo-odbiorczymi.
Korzystne jest gdy przegroda ma kształt opływowy, zwłaszcza kształt elipsoidy.
174 417
Korzystne jest gdy przegroda ma kształt stożka połączonego podstawą z półkulą, od strony jej płaskiej powierzchni, oraz gdy zawiera gładką powierzchnię.
Korzystne jest gdy co najmniej część kanału pomiarowego ma powiększony, niekołowy przekrój poprzeczny, oraz gdy kanał pomiarowy ma jedną, boczną ściankę zaokrągloną i co najmniej jedną boczną ściankę płaską, a ponadto zaokrąglona boczna ścianka kanału pomiarowego ma postać fragmentu elipsy, fragmentu koła, fragmentu paraboli, fragmentu hiperboli, fragmentu cykloidy, fragmentu hipercykloidy lub fragmentu epicykloidy.
Korzystne jest gdy wewnętrzna powierzchnia kanału pomiarowego jest chropowata, albo w części kanału pomiarowego są ukształtowane, na wewnętrznej powierzchni nierówności o nieregularnym kształcie, w szczególności nierówności mające postać rowków.
Korzystne jest gdy eliptyczna przegroda jest umieszczona wzdłuż osi symetrii pomiędzy ultradźwiękowymi przetwornikami nadawczo-odbiorczymi, przy czym przekrój poprzeczny kanału wraz z umieszczoną wewnątrz eliptyczną przegrodą ma kształt pierścieniowy.
Redukcja wpływu modów akustycznych wyższego rzędu na amplitudę odbieranego przez przetwornik sygnału stanowi podstawową zaletę rozwiązania według wynalazku. Ukształtowanie kanału pomiarowego przeciwdziała rozchodzeniu się fal akustycznych wyższych rzędów na skutek zmniejszenia prędkości ich rozchodzenia się.
Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 5 przedstawia wykres rozchodzenia się fali, w kanale pomiarowym prędkościomierza według wynalazku, obserwowany na ekranie lampy oscyloskopowej, fig. 6 przedstawia, w ujęciu schematycznym, przekrój wzdłużny kanału pomiarowego przepływomierza, według jednego z przykładów wykonania, fig. 7 przedstawia, w ujęciu schematycznym, przekrój kanału pomiarowego przepływomierza, według innego przykładu wykonania, fig. 8 przedstawia wykres przebiegu sygnału ultradźwiękowego w kanale przepływomierza z fig. 7, fig. 9A - 9D ilustrują wykresy rozchodzenia się fali ultradźwiękowej, obserwowane na ekranie lampy oscyloskopowej, w przypadku gdy w kanale przepływomierza są umieszczone przegrody, fig. 10 przedstawia fragment przekroju kanału przepływomierza w ujęciu schematycznym, fig. 11A - 11B przedstawiają wykresy rozchodzenia się fal dźwiękowych w kanale z fig. 10, fig. 12 - wykres rozchodzenia się fal dźwiękowych w kanale według kolejnego przykładu wykonania, fig. 13A - 13B - wykresy rozchodzenia się sygnału dźwiękowego w przypadku oddziaływania temperatury oraz zastosowania przegród i bez przegród, fig. 14 przedstawia schematycznie kierunki rozchodzenia się fal ultradźwiękowych w przypadku interferencji fal, fig. 15A - 15B przedstawiają przekrój poprzeczny kolejnych przykładów wykonania kanału przepływomierza, fig. 16A - 16D - wykresy rozchodzenia się fali dźwiękowej, obserwowane na ekranie lampy oscyloskopowej, uzyskane w wyniku odebrania impulsu wyemitowanego w kanale z fig. 6 i fig. 15A.
Przedstawiony na fig. 6, 7 przepływomierz ultradźwiękowy, zawierał kanał pomiarowy 4, 13, na którego przeciwległych końcach są umieszczone przetworniki nadawczo-odbiorcze 2, 3, pomiędzy którymi są usytuowane akustyczne przegrody 10, 11 i 12 tłumiące fale. Na fig. 6 strzałką 6 oznaczono kierunek przepływu gazu w kanale pomiarowym. Przegroda 10 ma kształt owalny. Z przetwornika nadawczego 2 wysyłane na fale akustyczne rodzaju (0,2). Ze względu na umieszczoną w kanale pomiarowym 4 przegrodę 10 (o kształcie opływowym), fale nie mogą rozprzestrzeniać się w takiej postaci, w jakiej są wysyłane z przetwornika nadawczego 2, lecz załamują się w swojej centralnej części 5, na skutek zderzenia z przegrodą 10, po czym rozchodzą się dalej omijając przegrodę 10. Kanał pomiarowy 4 wraz z umieszczoną w nim przegrodą 10 ma pierścieniowy przekrój poprzeczny, przy czym jest oczywistym, że jego szerokość wzdłuż opływowego kształtu przegrody zmienia się. Na fig. 5 przedstawiono wykres fali akustycznej rodzaju (0,2), obserwowany na ekranie lampy oscyloskopowej, rozchodzącej
174 417 się w kanale 4 przed i po umieszczeniu w nim przegrody 10. Przegroda 10, powoduje redukcję amplitudy drgań fali.
Na fig. 6 przegroda 10 jest umieszczona w odległości, od otworu wlotowego kanału 4, odpowiadającej czterem lub pięciu średnicom kanału pomiarowego 4. Wielkość średnicy przegrody 10 jest równa około połowie średnicy kanału pomiarowego 4.
Na fig. 7 przedstawiono inny przykład wykonania przepływomierza, zawierającego dwie przegrody 11 i 12, usytuowane w kanale pomiarowym 4, które mają kształt stożka, połączonego podstawą z półkulą od strony jej płaskiej powierzchni, w widoku z boku ich kształt przypomina kroplę wody.
Figura 8 przedstawia wykres, obserwowany na ekranie lampy oscyloskopowej, rozchodzenia się fali dźwiękowej w kanale 4, rozprzestrzeniającej się w powietrzu, zgodnie z kierunkiem przepływu oraz wykres rozchodzenia się fali w środowisku gazu ziemnego, przy zerowej prędkości przepływu. Wykres dla innych rodzajów gazu i prędkości przepływu ma podobny kształt.
Figury 9A - 9D przedstawiają wykresy rozchodzenia się fali o dużej częstotliwości, obserwowane na ekranie lampy oscyloskopowej, w kanale pomiarowym 4, w którym przeszkoda 10 jest umieszczona centralnie (fig. 6). Pionowa i pozioma oś jest podzielona na działki, przy czym jedna działka na osi pionowej odpowiada jednostce napięcia mierzonego w voltach, zaś jedna działka na osi poziomej odpowiada jednostce czasu mierzonej w mikrosekundach. W ten sam sposób jest wyskalowany oscyloskop katodowy. Powyższe wykresy uzyskano dla następujących parametrów: kanał 1 - napięcie 2V na jedną działkę; czas 50 μs na jedną działkę; kanał pomocniczy 2 - napięcie 1V na jedną działkę.
W przypadku gdy temperatura ścian przepływomierza jest dużo niższa niż gazu umieszczonego w kanale pomiarowym, drgania w postaci fali akustycznej rodzaju (0,2) są wzbudzane silniej niż w normalnych warunkach. Na fig. 10, strumień gorącego gazu 6, stykając się z zimną ścianą kanału pomiarowego 4, oziębia się, przy czym wzdłuż ścian kanału 4 wytwarza się warstwa 7 gazu oziębionego. Emitowane z przetwornika nadawczego 2 fale, przy zachowaniu normalnych parametrów (bez podwyższonej temperatury) byłyby odbite od ściany kanału pomiarowego 4, co oznaczono strzałką 9, zaś w warunkach obniżonej temperatury, fale załamują się na skutek wytworzenia się warstwy zimnego gazu 7, kierunek załamania oznaczono strzałką 8, przy czym cała ich energia przekazywana jest do kanału 4. Prędkość rozchodzenia się fal dźwiękowych w środowisku gazowym jest mniejsza jeśli gaz ma niższą temperaturę. Wykresy z fig. 11A i 11B, ilustrują rozchodzenie się fal w środowisku gorącego gazu, płynącego w zimnym kanale.
Figura 11A przedstawia wykres rozchodzenia się fali dźwiękowej, w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu strumienia gazu, zaś fig. 11B - z prądem. W porównaniu z wykresem przy jednorodnym rozkładzie temperatury, fala akustyczna rodzaju (0,2) ma mniejszą amplitudę drgań na fig. 11A i większą na fig. 11B.
Warstwę 7 zimnego gazu usuwa się ze ściany kanału pomiarowego 4 stosując zakłócania (na przykład zawirowania), wysyłane ze źródła umieszczonego w pobliżu otworu wlotowego kanału 4. Zakłócenia powodują mieszanie gazu w pobliżu ściany. Na fig. 12 przedstawiono wykres fali odebranej przez przetwornik odbiorczy 3 po zastosowaniu źródła zakłócającego, przy czym w zestawie pomiarowym zastosowano takie same parametry jak w przypadku wykresów na fig. 9A - 9D. Gdy porównamy wykres z fig. 12 z wykresem z fig. 11B widoczne jest zmniejszenie amplitudy drgań fali akustycznej rodzaju (0,2).
Wpływ usytuowanej centralnie przegrody na tłumienie drgań fali akustycznej rodzaju (0,2) ilustrują wykresy na fig. 13A i 13B, przy czym fig. 13A przedstawia wykres fali rozchodzącej się w kanale, w którym nie ma przegrody. Gdy temperatura gazu osiąga wielkość temperatury pokojowej, a ściana kanału ochładza się, wykres rozchodzenia się fali jest podobny do tego, jaki uzyskujemy w przypadku zastosowania przegrody (porównaj fig. 13B i fig. 5).
Figura 14 ilustruje zasadę pomiaru prędkości przepływu cieczy w przepływomierzu ultradźwiękowym, z przetwornika odbiorczego. Natychmiast po jego odebraniu przez przetwornik odbiorczy, wywołuje się następny impuls. Ponieważ rodzaje drgań fal o wysokiej amplitudzie oscylują stosunkowo długo, ponowna transmisja dociera do przetwornika odbiorczego, kiedy poprzedni sygnał ma wciąż dużą amplitudę. W efekcie, nakładają się transmitowane impulsy. Rodzaje drgań w postaci fal o wysokiej amplitudzie nakładają się na falę płaską, a powstały sygnał, stanowi podstawę do określenia startu następnej transmisji.
Pierwsza część pierwszego odebranego sygnału jest wolna od wszystkich innych rodzajów drgań; drugi odebrany sygnał zawiera falę płaską z drugiej transmisji oraz te rodzaje drgań fal, które przemieszczają się z połową prędkości fali płaskiej, tj, C/2 pierwszej transmisji. Trzeci odebrany sygnał jest sumą fali płaskiej z trzeciej transmisji, rodzajów drgań fal o prędkości C/2 z drugiej transmisji i rodzajów drgań fal o prędkości C/3 z pierwszej transmisji. Zawartość czwartego, piątego itd. impulsu jest widoczna dla specjalistów w tej dziedzinie. Sumowanie tych fal ilustruje fig. 12. Ponieważ amplitudy fal maleją wraz ze wzrostem ich drgań fal, na odbierany sygnał mają niewielki wpływ rodzaje drgań fal o prędkościach mniejszych niż C/4, gdzie C jest prędkością dźwięku, czyli prędkością fali płaskiej i określa zależność:
c=(yP /p0)1/2 (1) gdzie y jest współczynnikiem ciepła właściwego, p jest ciśnieniem, zaś p0 jest gęstością gazu. Zatem prędkość zależy od rodzaju gazu i, dla danego gazu o stałym ciśnieniu i temperaturze absolutnej T, prędkość można uzależnić od wartości prędkości występującej dla standardowej temperatury, w tym przypadku 273 K:
C=C273 (T/273) 1/2 (2)
Oddziaływanie na odbierany sygnał polega na tym, że jest on przesuwany w całości w czasie, przy czym jego kształt jest zachowany. Czas przekroczenia zera, które zostało wybrane jako oznacznik czasu, zmienia się wraz z prędkością przepływu. Czas przybycia impulsu wydłuża się lub skraca w zależności od kierunku transmisji sygnału tj. w kierunku przepływu płynu, lub w kierunku przeciwnym. Poszczególne części odbieranego sygnału, które dodają się w opisanym powyżej procesie nawarstwiania sygnałów, stanowią zakończenie pomiaru, przy czym stanowi on wielokrotność tego czasu po wybranym· przejściu przez zero. Dokładna kombinacja zmienia się z prędkością przepływu płynu.
To dodawanie się innych rodzajów drgań, zmieniających się z prędkością przepływu, do fali płaskiej zmienia moment pojawienia się przejścia przez zero w stosunku do transmisji samej fali płaskiej, tj. w stosunku do przypadku pojedynczej transmisji. Kiedy prędkości przepływu są obliczane na podstawie czasów rozchodzenia się fal wyznaczanych podczas sumowania fal, rodzaje drgań fal o wysokiej amplitudzie powodują
174 417
Ί okresowe odchylenia od prostoliniowej zależności, gdy prędkość przepływu zmienia się od zerowej do maksymalnej.
Jednakże nie chroni to amplitudy odbieranego sygnału przed zmianami. Kiedy jest transmitowany odwrócony impuls, poprzednio dodawany do amplitudy drgań fal o wysokiej amplitudzie, to obecnie odejmuje się on od fali płaskiej. System detekcji musi być w stanie wykryć w sposób niezawodny właściwe przejście przez zero, kiedy amplitudy wcześniejszych impulsów w odbieranym sygnale są zmieniane o wielkość odpowiadającą wpływowi rodzajów drgań fal o wysokiej amplitudzie. Układ detekcyjny pracuje efektywniej, jeśli amplitudy drgań wysokich rzędów, o prędkościach w przybliżeniu równych C/2, C/3 itd. są możliwie jak najmniejsze.
Figury 15A i 15B przedstawiają dwa przekroje poprzeczne 20, 25 kanałów pomiarowych 4 według innego przykładu wykonania. Na fig. 15A przedstawiono przekrój poprzeczny 20 kanału pomiarowego 4, mający jedną boczną ściankę 21, 26 zaokrągloną i dwie ścianki 22, 23 płaskie. Na fig. 15B kanał pomiarowy 4, ma jedną boczną ściankę 26 zaokrągloną, zaś ścianka 27 jest płaska.
W tak ukształtowanych kanałach 4 fale o dużych amplitudach drgań odbijają się od płaskich powierzchni ścian bocznych i rozpraszają się w kierunku ścianek zaokrąglonych, które ze względu na większy obwód (i ich pole powierzchni), redukują poziom ciśnienia akustycznego, a zatem zmniejszają wielkość amplitudy fal.
Na figurach 16A - 16D przedstawiono wykres rozchodzenia się fali w kanale pomiarowym, którego przekrój poprzeczny przedstawiono na fig. 15A, 15B, przy czym w kanale pomiarowym umieszczono centralnie przegrodę w kształcie kropli wody.
W innym przykładzie wykonania na ścianach rury pomiarowej 4 ukształtowane są nierówności o nieregularnym kształcie, których wymiary są porównywane z połową długości fali sygnału akustycznego, pomiędzy 0,01 a 8 mm dla szerokiego zakresu częstotliwości ultradźwiękowych i korzystnie pomiędzy około 0,25 do 2 mm dla częstotliwości, które stosuje się w znanych urządzeniach tego typu. Takie powierzchnie zdeformowane, korzystnie chropowate okazały się dostateczne dla zredukowania wpływu drgań fal akustycznych o dużej amplitudzie pozwalając jednocześnie, aby drgania fali płaskiej dominowały w całym zakresie prędkości przepływu i temperatury.
Takie chropowate powierzchnie uzyskuje się poprzez na przykład na skutek wykonania w ścianie rury spiralnego rowka o skoku równym w przybliżeniu połowie długości fali akustycznej. Nierówności lub zniekształcenie powierzchni powoduje, że część czoła fali przemieszcza się po nieco dłuższej drodze, zmniejszając dzięki temu swój udział w odbieranym sygnale.
Z powyższych doświadczeń wynika, że umieszczenie przegrody, odejście od regularnego przekroju poprzecznego kanału i/lub wykonanie nierówności/bruzd na ścianie kanału pomiędzy przetwornikami nadawczo-odbiorczymi, powoduje zmniejszenie prędkości rozchodzenia się drgań fal akustycznych o wysokiej amplitudzie bez zmniejszenia prędkości rozchodzenia się drgań fali podstawowego rodzaju.
Przed umieszczeniem w przewodzie gazowym przepływomierz może być kalibrowany przy użyciu powietrza.
174 417
Fig. 2D Fig. 2E Fig. 2F (1,1) (1,2) (1,3)
(2,1) (2,2) (2,3)
Fig. 2G Fig. 2H Fig· 21
174 417
Λ
PRZEPŁYW GAZU KIERUNEK PROPAGACJI <2: DŹWIĘKU _
n&d
174 417
CV]
250
Μ
150
350
174 417
FIG.8
174 417
FIG. 5
174 417
F/G. 7
174 417
FIG.9A FIG.9B
FIG.9C
FIG.9D
174 417
FG. Π B
174 417
174 417
250 F7& f3B [gsp
150
174 417
1/
< ~3 ω
ω < ί— CĆ. <
Ν
Ο
174 417
FIG. 15B [V] [V]
i__1_1_1» ' ·
50 150 250 [ps] FIG. 16A FIG. 16B
ΙΑΛ^Ι -ν/Ζ/'^ΛΑΛ/^νυ—**>V^*-,~*AiVW*^ • ' ' -> t. . Ł----
150 250
FIG. 16C [μδ]
FIG. 16D
174 417
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 4,00 zł

Claims (12)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Przepływomierz ultradźwiękowy, zawierający kanał pomiarowy, który stanowi obszar pomiaru prędkości przepływu płynu, mający kołowy przekrój poprzeczny co najmniej na części swojej długości, przy czym na przeciwległych końcach kanału pomiarowego są umieszczone ultradźwiękowe przetworniki nadawczo-odbiorcze, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedną, tłumiącą fale akustyczne przegrodę (10, 11, 12) usytuowaną centralnie w kanale pomiarowym (4, 13), pomiędzy ultradźwiękowymi przetwornikami nadawczo-odbiorczymi (2, 3).
  2. 2. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że przegroda (10, 11, 12) ma kształt opływowy.
  3. 3. Przepływomierz według zastrz. 2, znamienny tym, że przegroda (10, 11, 12) zawiera gładką powierzchnię.
  4. 4. Przepływomierz według zastrz. 3, znamienny tym, że przegroda (10) ma kształt elipsoidy.
  5. 5. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że przegroda (11, 12) ma kształt stożka połączonego podstawą z półkulą, od strony jej płaskiej powierzchni.
  6. 6. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej część kanału pomiarowego (4) ma powiększony, niekołowy przekrój poprzeczny.
  7. 7. Przepływomierz według zastrz. 6, znamienny tym, że kanał pomiarowy (4) ma jedną, boczną ściankę (21, 26) zaokrągloną i co najmniej jedną boczną ściankę (22, 23, 27) płaską.
  8. 8. Przepływomierz według zastrz. 7, znamienny tym, że zaokrąglona boczna ścianka (21, 26) kanału pomiarowego (4) ma postać fragmentu elipsy, fragmentu koła, fragmentu paraboli, fragmentu hiperboli, fragmentu cykloidy, fragmentu hipercykloidy lub fragmentu epicykloidy.
  9. 9. Przepływomierz według zastrz. 6, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia kanału pomiarowego (4) jest chropowata.
  10. 10. Przepływomierz według zastrz. 6, znamienny tym, że w części kanału pomiarowego (4) są ukształtowane, na wewnętrznej powierzchni nierówności o nieregularnym kształcie.
  11. 11. Przepływomierz według zastrz. 10, znamienny tym, że nierówności mają postać rowków.
  12. 12. Przepływomierz według zastrz. 4, znamienny tym, że eliptyczna przegroda (10) jest umieszczona wzdłuż osi symetrii pomiędzy ultradźwiękowymi przetwornikami nadawczo-odbiorczymi (2, 3), przy czym przekrój poprzeczny kanału (4) wraz z umieszczoną wewnątrz eliptyczną przegrodą (10) ma kształt pierścieniowy.
PL94310546A 1993-03-09 1994-03-07 Przepływomierz ultradźwiękowy PL174417B1 (pl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AUPL772693 1993-03-09
PCT/AU1994/000104 WO1994020821A1 (en) 1993-03-09 1994-03-07 Mode suppression in fluid meter conduits

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL310546A1 PL310546A1 (en) 1995-12-27
PL174417B1 true PL174417B1 (pl) 1998-07-31

Family

ID=3776763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL94310546A PL174417B1 (pl) 1993-03-09 1994-03-07 Przepływomierz ultradźwiękowy

Country Status (16)

Country Link
US (1) US5792965A (pl)
EP (1) EP0740778B1 (pl)
JP (1) JPH08507373A (pl)
KR (1) KR960701354A (pl)
CN (1) CN1058335C (pl)
AT (1) ATE223033T1 (pl)
AU (1) AU674937B2 (pl)
BR (1) BR9406377A (pl)
CA (1) CA2157784A1 (pl)
DE (1) DE69431259T2 (pl)
NO (1) NO953550L (pl)
NZ (1) NZ262848A (pl)
PL (1) PL174417B1 (pl)
SG (1) SG49840A1 (pl)
TW (1) TW249277B (pl)
WO (1) WO1994020821A1 (pl)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2724016B1 (fr) * 1994-08-23 1996-10-25 Schlumberger Ind Sa Dispositif de mesure ultrasonore d'une quantite volumique d'un fluide a proprietes acoustiques ameliorees
FR2737564B1 (fr) * 1995-08-04 1997-10-03 Schlumberger Ind Sa Compteur de fluide a ultrasons pour l'attenuation d'ondes ultrasonores parasites
AUPN606095A0 (en) 1995-10-19 1995-11-09 AGL Consultancy Pty. Limited Digital speed determination in ultrasonic flow measurements
GB2313910A (en) * 1996-06-07 1997-12-10 Kromschroeder Ag G Acoustic fluid flowmeter
JP3175632B2 (ja) 1997-04-18 2001-06-11 松下電器産業株式会社 シーンチェンジ検出方法およびシーンチェンジ検出装置
US6338277B1 (en) 1997-06-06 2002-01-15 G. Kromschroder Aktiengesellschaft Flowmeter for attenuating acoustic propagations
AUPQ480199A0 (en) * 1999-12-22 2000-02-03 AGL Consultancy Pty. Limited Timed window ultrasonic gas meter with nose cone
AU771899B2 (en) * 1999-12-22 2004-04-08 AGL Consultancy Pty. Limited Timed window ultrasonic gas meter with nose cone
US7011180B2 (en) * 2002-09-18 2006-03-14 Savant Measurement Corporation System for filtering ultrasonic noise within a fluid flow system
US7117104B2 (en) * 2004-06-28 2006-10-03 Celerity, Inc. Ultrasonic liquid flow controller
TW200739039A (en) * 2005-08-12 2007-10-16 Celerity Inc Ultrasonic flow sensor
US7152490B1 (en) 2005-08-15 2006-12-26 Daniel Measurement And Control, Inc. Methods for determining transducer delay time and transducer separation in ultrasonic flow meters
US7845688B2 (en) 2007-04-04 2010-12-07 Savant Measurement Corporation Multiple material piping component

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4003252A (en) * 1974-08-16 1977-01-18 The Institutes Of Medical Sciences Acoustical wave flowmeter
US4164865A (en) * 1977-02-22 1979-08-21 The Perkin-Elmer Corporation Acoustical wave flowmeter
US4445389A (en) * 1981-09-10 1984-05-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Long wavelength acoustic flowmeter
CH654105A5 (de) * 1981-12-14 1986-01-31 Landis & Gyr Ag Messwertgeber zur bestimmung der durchflussmenge einer stroemenden fluessigkeit.
CH654410A5 (de) * 1981-12-14 1986-02-14 Landis & Gyr Ag Messwertgeber zur bestimmung der durchflussmenge einer stroemenden fluessigkeit.
DE3321840A1 (de) * 1983-06-16 1984-12-20 Institut für Innovationssysteme und Produktentwicklung C.P. Wieland und Dr. C. Zillich, 8000 München Wasch- und reinigungsmittel mit antimycetischer wirkung
EP0152132A1 (en) * 1984-01-27 1985-08-21 N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek NEDAP An ultrasonic flow meter
NL8403222A (nl) * 1984-10-23 1986-05-16 Nedap Nv Methode ter vermindering van ongewenste echo's in ultrasone stroomsnelheidsmeters.
CH670156A5 (pl) * 1986-06-17 1989-05-12 Landis & Gyr Gmbh
DK0451355T3 (da) * 1990-04-10 1993-08-23 Landis & Gyr Tech Innovat Måleværdigiver til bestemmelse af gennemstrømningsmængden af en strømmende væske
NZ243294A (en) * 1991-06-25 1995-04-27 Commw Scient Ind Res Org Time of flight of acoustic wave packets through fluid: reduction of higher order acoustic mode effects
US5172072A (en) * 1991-09-06 1992-12-15 Itt Corporation High efficiency harmonic injection power amplifier
FR2683046B1 (fr) * 1991-10-25 1994-02-04 Schlumberger Industries Dispositif de mesure de la vitesse d'un fluide.
DK56593A (da) * 1992-08-25 1994-02-26 Kamstrup Metro As Strømningsmåler

Also Published As

Publication number Publication date
DE69431259D1 (de) 2002-10-02
CA2157784A1 (en) 1994-09-15
EP0740778B1 (en) 2002-08-28
SG49840A1 (en) 1998-06-15
AU674937B2 (en) 1997-01-16
KR960701354A (ko) 1996-02-24
NO953550L (no) 1995-11-08
BR9406377A (pt) 1996-01-16
NO953550D0 (no) 1995-09-08
US5792965A (en) 1998-08-11
AU6277094A (en) 1994-09-26
PL310546A1 (en) 1995-12-27
CN1058335C (zh) 2000-11-08
NZ262848A (en) 1997-02-24
CN1119041A (zh) 1996-03-20
DE69431259T2 (de) 2003-04-17
ATE223033T1 (de) 2002-09-15
EP0740778A1 (en) 1996-11-06
EP0740778A4 (en) 1996-04-03
JPH08507373A (ja) 1996-08-06
TW249277B (pl) 1995-06-11
WO1994020821A1 (en) 1994-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6575043B1 (en) Method and apparatus for characterizing flows based on attenuation of in-wall propagating wave modes
EP0681685B1 (en) Fluid flow meter
US7607358B2 (en) Flow rate determination of a gas-liquid fluid mixture
EP0746764B1 (en) Ultrasonic transducer system with temporal crosstalk isolation
CA1224559A (en) Ultrasonic flowmeter
PL174417B1 (pl) Przepływomierz ultradźwiękowy
EP2510317B1 (en) Flowmeter and method
US20040123666A1 (en) Ultrasonic damping material
CN102288235B (zh) 一种双道混合型超声波流量计及测量方法
Mylvaganam High-rangeability ultrasonic gas flowmeter for monitoring flare gas
WO1990005283A1 (en) Method and apparatus for measuring mass flow
RU2660011C1 (ru) Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом
US10962393B2 (en) Multiphase flow rate measurement with elliptical ultrasonic transceiver array
RU154441U1 (ru) Датчик ультразвукового расходомера
JPS5819970B2 (ja) 渦流量計
Weber et al. Ultrasonic beam propagation in turbulent flow
CN112747260B (zh) 一种防噪声干扰的超声波流量测量装置
US11609110B2 (en) Ultrasonic flowmeter, method for operating an ultrasonic flowmeter, measuring system and method for operating a measuring system
WO1994009342A1 (en) Acoustic flowmeter
JPH02112757A (ja) 配管内の粉粒体濃度計測装置
Jackson et al. A three-path ultrasonic flowmeter for small-diameter pipelines
JPS6021771Y2 (ja) 渦流量計
WO2018201023A1 (en) Circumferential resonance flowmeter
KR101119998B1 (ko) 다회선 외벽부착식 초음파 트랜스듀서
KR100993617B1 (ko) 외벽부착식 초음파 다회선 유량계