RU123939U1

RU123939U1 - SENSOR FOR ULTRASONIC FLOW METER

Info

Publication number: RU123939U1
Application number: RU2012128925/28U
Authority: RU
Inventors: Вадим Анатольевич Балакин
Original assignee: Вадим Анатольевич Балакин; Пяткина Любовь Васильевна; Палехов Вадим Николаевич; Смирнов Игорь Алексеевич
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-01-10

Abstract

Датчик ультразвукового расходомера, содержащий на одной оси прямолинейный мерный участок, вход и выход которого выполнены в виде соответственно конфузора и диффузора, переходящих во входной и выходной резервуары, составляющие с входным и выходным патрубками одно целое, два пьезоэлектрических преобразователя, расположенные перпендикулярно оси мерного участка с одной стороны его диаметра, зеркала (косые отражатели), установленные на пересечении осей мерного участка и соответствующего пьезоэлектрического преобразователя, причем диаметр мерного участка меньше, чем диаметр входного и выходного патрубков, отличающийся тем, что площадь излучающей поверхности каждого пьезоэлектрического преобразователя больше или равна площади мерного участка, излучающие (рабочие) поверхности пьезоэлектрических преобразователей располагаются на одном уровне с внутренней поверхностью резервуаров, каждое зеркало представляет собой тонкую пластинку обтекаемой формы, соответствующей косому сечению мерного участка, диаметр входного и выходного патрубков соответствует диаметру подводящей трубы.An ultrasonic flowmeter sensor containing a straight-line measuring section on one axis, the input and output of which are made in the form of a confuser and a diffuser, respectively, passing into the input and output tanks, which are one piece, two piezoelectric transducers, located perpendicular to the axis of the measuring section, with input and output pipes one side of its diameter, mirrors (oblique reflectors) installed at the intersection of the axes of the measuring section and the corresponding piezoelectric transducer, with a diameter p of the measuring section is smaller than the diameter of the inlet and outlet pipes, characterized in that the area of the radiating surface of each piezoelectric transducer is greater than or equal to the area of the measuring section, the radiating (working) surfaces of the piezoelectric transducers are located at the same level with the inner surface of the tanks, each mirror is thin streamlined plate corresponding to the oblique section of the measuring section, the diameter of the inlet and outlet nozzles corresponds to the diameter of the supply cabbage pipe.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения малого расхода газовых и жидких сред (бытовые газовые счетчики, бытовые счетчики воды).The utility model relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring low flow rates of gas and liquid media (household gas meters, household water meters).

Известен ультразвуковой расходомер содержащий на одной оси входной и выходной патрубки и мерный участок, перпендикулярно расположенных два пьезоэлектрических преобразователя и два косых отражателя. (П.П.Кремлевский "Расходомеры и счетчики количества", Ленинград, "Машиностроение", 1989 г., стр.449, рис.263 д, е). Недостатками данного устройства являются:Known ultrasonic flow meter containing on one axis of the input and output nozzles and a measuring section perpendicular to two piezoelectric transducers and two oblique reflectors. (P.P. Kremlevsky "Flowmeters and counters of quantity", Leningrad, "Mechanical Engineering", 1989, p. 449, fig. 263 e, f). The disadvantages of this device are:

- Малый диапазон измерения расхода и, соответственно, низкая точность при измерении малых расходов, так как для бытовых счетчиков газа и воды (расходомеров) скорость потока среды в подводящем трубопроводе при максимальном расходе очень низкая (не более 6 м/с). Это обусловлено тем, что диаметр мерного участка равен диаметру входного и выходного патрубков.- A small range of flow measurement and, accordingly, low accuracy when measuring low flow rates, since for household gas and water meters (flow meters), the flow rate of the medium in the supply pipe at a maximum flow rate is very low (no more than 6 m / s). This is due to the fact that the diameter of the measuring section is equal to the diameter of the inlet and outlet pipes.

- Площадь поперечного сечения ультразвукового луча намного меньше площади поперечного сечения мерного тракта, что приводит к неполному озвучиванию мерного участка и снижает точность измерения.- The cross-sectional area of the ultrasound beam is much smaller than the cross-sectional area of the measured path, which leads to incomplete scoring of the measured section and reduces the measurement accuracy.

Известен первичный преобразователь ультразвукового расходомера - счетчика «Днепр» (полезная модель РФ №83612, G01F 1/66) содержащий прямолинейный мерный участок, две измерительные камеры, два пьезоэлектрических преобразователя, два косых отражателя, входной и выходной патрубки. Площадь поперечного сечения ультразвукового луча равна поперечной площади мерного участка. Прямолинейный мерный участок, входной и выходной патрубки располагаются на одной оси и диаметр мерного участка равен диаметрам входного и выходного патрубков.Known primary transducer of an ultrasonic flow meter - counter "Dnepr" (utility model of the Russian Federation No. 83612, G01F 1/66) containing a straight measuring section, two measuring chambers, two piezoelectric transducers, two oblique reflectors, input and output pipes. The cross-sectional area of the ultrasound beam is equal to the transverse area of the measuring section. The rectilinear measuring section, the inlet and outlet pipes are located on the same axis and the diameter of the measuring section is equal to the diameters of the inlet and outlet pipes.

Однако данная конструкция имеет следующие недостатки:However, this design has the following disadvantages:

- Малый диапазон измерения расхода и, соответственно, низкая точность при измерении малых расходов, так как для бытовых счетчиков газа и воды (расходомеров) скорость потока среды в подводящем трубопроводе при максимальном расходе очень низкая (не более 6 м/с). Это обусловлено тем, что диаметр мерного участка равен диаметрам входного и выходного патрубков.- A small range of flow measurement and, accordingly, low accuracy when measuring low flow rates, since for household gas and water meters (flow meters), the flow rate of the medium in the supply pipe at a maximum flow rate is very low (no more than 6 m / s). This is due to the fact that the diameter of the measuring section is equal to the diameters of the inlet and outlet pipes.

- Большое вносимое сопротивление, и образование завихрений (на острых кромках), что тоже увеличивает погрешность измерения расхода. Это обусловлено тем, что отсутствуют плавные переходы (конфузоры и диффузоры) между мерным участком, измерительными камерами, входным и выходным патрубками, а так же исполнение косых отражателей виде цельных кусков материала перегораживающие поток.- A large insertion resistance, and the formation of vortices (on sharp edges), which also increases the error in measuring the flow. This is due to the fact that there are no smooth transitions (confusers and diffusers) between the measuring section, measuring chambers, inlet and outlet nozzles, as well as the execution of oblique reflectors in the form of solid pieces of material blocking the flow.

Известен также первичный преобразователь ультразвукового расходомера (полезная модель РФ №32268, G01F 1/66), принятый за прототип по наибольшему количеству существенных признаков и содержащий на одной оси прямолинейный мерный участок, вход и выход которого выполнены в виде конфузора и диффузора, переходящие во входной выходной патрубки, перпендикулярно оси расположены два пьзоэлектропреобразователя, со встроенным косым отражателем, угол наклона которого к оси сепаратора составляет не более 45°. Причем косой отражатель установлен в сепараторе, имеющем форму трубки, и жестко соединенном с поверхностью пьзоэлектропреобразователя.Also known is the primary transducer of an ultrasonic flow meter (utility model of the Russian Federation No. 32268, G01F 1/66), adopted as a prototype according to the largest number of essential features and containing a straight linear measuring section on one axis, the input and output of which are made in the form of a confuser and diffuser, passing into the input the outlet nozzle, perpendicular to the axis, two piezoelectric transducers are located, with a built-in oblique reflector, the angle of inclination of which to the separator axis is not more than 45 °. Moreover, the oblique reflector is installed in a tube-shaped separator and rigidly connected to the surface of the piezoelectric transducer.

Однако указанный первичный преобразователь ультразвукового расходомера обладает также рядом недостатков:However, the specified primary Converter ultrasonic flow meter also has several disadvantages:

- Вся громоздкая цельная конструкция пьзоэлектропреобразователей с жестко соединенными сепараторами (со встроенными косыми отражателями) располагается в трубе (в проточной полости) в потоке газа, что не только увеличивает габариты датчика и усложняет конструкцию, но и способствует образованию завихрений (на острых кромках). Кроме того, поток газа заходит в карман сепаратора как в ловушку, образуя завихрения. При выходе из кармана сепаратора образуется газовая пробка, которая дополнительно усиливает сопротивление потоку, что увеличивает погрешность измерения.- The whole bulky whole construction of piezoelectric transducers with rigidly connected separators (with built-in oblique reflectors) is located in the pipe (in the flow cavity) in the gas stream, which not only increases the size of the sensor and complicates the design, but also contributes to the formation of eddies (on sharp edges). In addition, the gas stream enters the separator pocket as a trap, forming turbulence. When leaving the separator pocket, a gas plug is formed, which additionally strengthens the flow resistance, which increases the measurement error.

- Кроме того, такая цельная конструкция пьзоэлектропреобразователей с сепараторами, расположенная в патрубках, обусловливает необходимость в большом диаметре патрубков, намного большем, чем диаметр подводящих трубопроводов для данного расхода. При монтаже счетчика это ведет к дополнительным проблемам по соблюдению прямолинейных участков до и после счетчика и требует специальных переходников, что неудобно и удорожает монтаж.“In addition, such an integral design of piezoelectric transducers with separators, located in the nozzles, necessitates a large diameter of the nozzles, much larger than the diameter of the supply pipelines for a given flow rate. When installing the meter, this leads to additional problems in observing straight sections before and after the meter and requires special adapters, which is inconvenient and increases the cost of installation.

- Механические частички, парафины (грязь), находящиеся в потоке газа, непосредственно попадают в окно сепаратора пьзоэлектропреобразователя (находящегося навстречу потоку), что приводит к постепенному снижению чувствительности, в конечном счете, нарушению работоспособности счетчика газа.- Mechanical particles, paraffins (dirt) in the gas stream, directly fall into the separator window of the piezoelectric transducer (facing the stream), which leads to a gradual decrease in sensitivity, ultimately, disruption of the gas meter.

Задачей предлагаемой полезной модели является:The objective of the proposed utility model is:

- Повышение точности измерения.- Improving measurement accuracy.

- Защита от механических частичек и парафинов (грязи), находящихся в потоке газа.- Protection against mechanical particles and paraffins (dirt) in the gas stream.

- Уменьшение габаритов.- Downsizing.

- Упрощение конструкции.- Simplification of the design.

- Упрощение монтажа расходомера.- Simplification of the installation of the flow meter.

Датчик ультразвукового расходомера содержит на одной оси прямолинейный мерный участок, вход и выход которого выполнены в виде соответственно конфузора и диффузора, переходящих во входной и выходной резервуары, составляющие с входным и выходным патрубками одно целое, два пьезоэлектрических преобразователя, расположенные перпендикулярно оси мерного участка с одной стороны его диаметра, зеркала (косые отражатели), установленные на пересечении осей мерного участка и соответствующего пьезоэлектрического преобразователя, причем диаметр мерного участка меньше, чем диаметр входного и выходного патрубков.The sensor of the ultrasonic flow meter contains a straight-line measuring section on one axis, the input and output of which are made in the form of a confuser and diffuser, respectively, passing into the input and output tanks, which are integral with the input and output nozzles, two piezoelectric transducers located perpendicular to the axis of the measuring section with one sides of its diameter, mirrors (oblique reflectors) installed at the intersection of the axes of the measuring section and the corresponding piezoelectric transducer, the diameter ernogo portion is smaller than the diameter of the inlet and outlet ports.

В отличие от прототипа площадь излучающей поверхности каждого пьезоэлектрического преобразователя больше или равна площади мерного участка, излучающие (рабочие) поверхности пьезоэлектрических преобразователей располагаются на одном уровне с внутренней поверхностью резервуаров, каждое зеркало представляет собой тонкую пластинку обтекаемой формы, диаметр входного и выходного патрубков соответствует диаметру подводящей трубы.Unlike the prototype, the area of the radiating surface of each piezoelectric transducer is greater than or equal to the area of the measuring section, the radiating (working) surfaces of the piezoelectric transducers are located at the same level as the inner surface of the tanks, each mirror is a thin plate of streamlined shape, the diameter of the input and output pipes corresponds to the diameter of the inlet pipes.

Зеркала имеют форму, соответствующую косому сечению мерного участка.Mirrors have a shape corresponding to the oblique section of the measuring section.

Выполнение площади излучающей поверхности каждого пьезоэлектрического преобразователя больше или равной площади поперечного сечения мерного участка, обеспечивает полное озвучивание измеряемого потока, увеличивая точность измерения.The implementation of the area of the radiating surface of each piezoelectric transducer is greater than or equal to the cross-sectional area of the measured section, provides a complete sounding of the measured flow, increasing the accuracy of the measurement.

Вынесение пьезоэлектрических преобразователей из потока и расположение их излучающих рабочих поверхностей на одном уровне с внутренней поверхностью резервуаров снижает сопротивление потоку и исключает образование завихрений. Причем благодаря такому решению механические частички, парафины (грязь), находящиеся в потоке газа, свободно пролетают сквозь датчик, оставляя излучающие поверхности пьезоэлектрических преобразователей и зеркала чистыми, что повышает работоспособность датчика.The removal of piezoelectric transducers from the flow and the location of their radiating working surfaces at the same level with the inner surface of the tanks reduces the resistance to flow and eliminates the formation of vortices. Moreover, thanks to this solution, mechanical particles, paraffins (dirt) in the gas stream freely fly through the sensor, leaving the radiating surfaces of the piezoelectric transducers and mirrors clean, which increases the efficiency of the sensor.

В отличие от прототипа в потоке находятся только зеркала, но выполнение каждого зеркала в виде тонкой пластинки обтекаемой овальной формы, соответствующей косому сечению мерного участка, максимально уменьшает сопротивление потоку рабочей среды, что увеличивает точность измерения.Unlike the prototype, only mirrors are in the stream, but each mirror in the form of a thin plate of a streamlined oval shape corresponding to an oblique section of the measured section minimizes the resistance to the flow of the working medium, which increases the accuracy of the measurement.

Совмещение входного и выходного резервуаров с входным и выходным патрубками, вынос пьезоэлектрических преобразователей из резервуаров и оптимальная форма зеркал упрощает конструкцию и повышает компактность датчика, уменьшая его габариты.The combination of inlet and outlet tanks with inlet and outlet nozzles, the removal of piezoelectric transducers from the tanks and the optimal shape of the mirrors simplifies the design and increases the compactness of the sensor, reducing its size.

Выполнение диаметров входного и выходного патрубков одинаковыми с диаметром подводящей трубы для данного расхода создает удобство монтажа и снижает затраты на него.The implementation of the diameters of the inlet and outlet nozzles the same with the diameter of the supply pipe for a given flow creates ease of installation and reduces the cost of it.

Выполнение мерного участка диаметром меньшим, чем диаметр входного и выходного патрубков (как минимум в 1,5 раза) увеличивает скорость потока газа, тем самым расширяет диапазон измерения расхода и увеличивает точность измерения.The implementation of the measuring section with a diameter smaller than the diameter of the inlet and outlet pipes (at least 1.5 times) increases the gas flow rate, thereby expanding the range of flow measurement and increasing the accuracy of measurement.

Таким образом, заявляемые признаки являются существенными и решают поставленную задачу.Thus, the claimed features are significant and solve the problem.

Датчик ультразвукового расходомера представлен на чертеже общего вида.The ultrasonic flow meter sensor is shown in a general view drawing.

Датчик содержит прямолинейный мерный участок 1, вход и выход которого выполнены в виде соответственно конфузора 2, сужающегося на входе в мерный участок 1, и диффузора 3, расширяющегося на выходе из мерного участка 1, переходящих во входной 4 и выходной 5 резервуары составляющие с входным 6 и выходным 7 патрубками одно целое, с расположенными перпендикулярно оси мерного участка и с одной стороны его диаметра пьезоэлектрическими преобразователями 8 и 9, закрытыми крышками соответственно 10 и 11, внутри резервуаров 4 и 5 на пересечении осей мерного участка 1 и каждого пьезоэлектрического преобразователя 8 и 9 располагаются зеркала (косые отражатели) 12 и 13. Излучающие (рабочие) поверхности 14, 15 пьезоэлектрических преобразователей соответственно 8 и 9 располагаются на одном уровне с внутренней поверхностью резервуаров соответственно 4 и 5. Зеркала 12 и 13 представляют собой тонкие пластинки в форме овала, соответствующие косому сечению мерного участка 1 под углом 45°, прикрепленные к соответствующему резервуару 4 и 5. Диаметр входного 6 и выходного 7 патрубков соответствует диаметру подводящей трубы для данного расхода. Причем диаметр мерного участка меньше, чем диаметры входного и выходного патрубков (более чем в 1,5 раза).The sensor contains a rectilinear measuring section 1, the input and output of which are made in the form of, respectively, a confuser 2, tapering at the entrance to the measuring section 1, and a diffuser 3, expanding at the exit of the measuring section 1, passing into the input 4 and output 5 tanks components with input 6 and outlet 7 nozzles in one piece, with the piezoelectric transducers 8 and 9 located perpendicular to the axis of the measuring section and on one side of its diameter, closed with lids 10 and 11, respectively, inside the tanks 4 and 5 at the intersection of the measuring axes at part 1 and each piezoelectric transducer 8 and 9 are mirrors (oblique reflectors) 12 and 13. Radiating (working) surfaces 14, 15 of the piezoelectric transducers 8 and 9, respectively, are located at the same level with the inner surface of the tanks, respectively 4 and 5. Mirrors 12 and 13 they are thin oval-shaped plates corresponding to an oblique section of the measuring section 1 at an angle of 45 °, attached to the corresponding reservoir 4 and 5. The diameter of the inlet 6 and outlet 7 pipes corresponds to the diameter tube for a given flow rate. Moreover, the diameter of the measuring section is less than the diameters of the inlet and outlet pipes (more than 1.5 times).

Работа датчика ультразвукового расходомера осуществляется следующим образом. Поток газа через входной патрубок 6 проходит во входной резервуар 4 мимо пьезоэлектрического преобразователя 8, свободно огибает зеркало 12, далее через конфузор 2 попадает в прямолинейный мерный участок 1, и через диффузор 3 проходит в выходной резервуар 5 мимо пьезоэлектрического преобразователя 9 и, огибая зеркало 13, попадает в выходной патрубок 7.The operation of the sensor of the ultrasonic flow meter is as follows. The gas flow through the inlet pipe 6 passes into the inlet tank 4 past the piezoelectric transducer 8, freely passes around the mirror 12, then through the confuser 2 it enters a straight-line measuring section 1, and through the diffuser 3 passes into the outlet tank 5 past the piezoelectric transducer 9, and envelopes the mirror 13 gets into the outlet pipe 7.

С помощью пьезоэлектрических преобразователей 8 и 9, и зеркал 12 и 13 измеряют время прохождения ультразвукового сигнала по потоку и против потока газа, на основании этого вычисляют общий расход газа.Using the piezoelectric transducers 8 and 9, and the mirrors 12 and 13 measure the transit time of the ultrasonic signal in the flow and against the gas flow, based on this calculate the total gas flow.

Таких датчиков ультразвукового расходомера изготовлено 25 штук разного типоразмера и все удачно прошли испытания, подтверждая правильность выбранных решений.Of these sensors, an ultrasonic flow meter made 25 pieces of different sizes and all successfully passed the test, confirming the correctness of the selected solutions.

Claims

An ultrasonic flowmeter sensor containing a straight-line measuring section on one axis, the input and output of which are made in the form of a confuser and a diffuser, respectively, passing into the input and output tanks, which are one piece, two piezoelectric transducers, located perpendicular to the axis of the measuring section, with input and output pipes one side of its diameter, mirrors (oblique reflectors) installed at the intersection of the axes of the measuring section and the corresponding piezoelectric transducer, with a diameter p of the measuring section is smaller than the diameter of the inlet and outlet pipes, characterized in that the area of the radiating surface of each piezoelectric transducer is greater than or equal to the area of the measuring section, the radiating (working) surfaces of the piezoelectric transducers are located at the same level with the inner surface of the tanks, each mirror is thin streamlined plate corresponding to the oblique section of the measuring section, the diameter of the inlet and outlet nozzles corresponds to the diameter of the supply cabbage pipe.