RU166612U1 - Первичный преобразователь ультразвукового расходомера - Google Patents

Первичный преобразователь ультразвукового расходомера Download PDF

Info

Publication number
RU166612U1
RU166612U1 RU2016121757/28U RU2016121757U RU166612U1 RU 166612 U1 RU166612 U1 RU 166612U1 RU 2016121757/28 U RU2016121757/28 U RU 2016121757/28U RU 2016121757 U RU2016121757 U RU 2016121757U RU 166612 U1 RU166612 U1 RU 166612U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
acoustic
measuring channel
transducers
section
Prior art date
Application number
RU2016121757/28U
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Иванович Рябинков
Григорий Рэмович Осокин
Original Assignee
Акционерное общество "Взлет"
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 Акционерное общество "Взлет" filed Critical Акционерное общество "Взлет"
Priority to RU2016121757/28U priority Critical patent/RU166612U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU166612U1 publication Critical patent/RU166612U1/ru

Links

Images

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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Первичный преобразователь ультразвукового расходомера может быть использован для определения расхода газов и жидкостей. Он состоит из измерительного канала и шести приемопередающих электроакустических преобразователей, расположенных по три в каждом из двух поперечных сечений, с помощью которых реализовано зондирование контролируемого участка потока по трем среднерадиусным хордам, лежащим в разных пересекающихся внутри измерительного канала плоскостях. Технический результат - обеспечение компенсации искажения формы эпюры скоростей и исключение дополнительной погрешности измерения расхода, связанной с появлением компонент скорости контролируемого потока, направленных под углом к оси трубопровода. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к расходомерной технике, в частности к конструкциям времяимпульсных ультразвуковых (УЗ) расходомеров, и может быть использована для определения расхода газов и жидкостей.
Измерение расхода ультразвуковым методом сводится к измерению скорости потока измеряемого вещества.
Первичные преобразователи ультразвуковых расходомеров содержат измерительный канал, встроенный в основной трубопровод, в котором происходит зондирование контролируемого потока акустическим лучом (лучами). Акустический луч реализуется с помощью двух электроакустических преобразователей, которые излучают и принимают акустические импульсы. Зондирование происходит по диаметру и (или) по хордам измерительного канала. При этом электроакустические преобразователи излучают и принимают акустические импульсы, направляемые по потоку и против него. По разности времен прохождения импульса вдоль и против потока определяют скорость потока вдоль акустического луча.
Для вычисления средней скорости потока в измерительном канале при зондировании по диаметру используют известные функции преобразования скорости потока вдоль акустического луча. При зондировании по хордам для вычисления средней скорости потока в измерительном канале используют методы численного интегрирования. Затем по известной площади поперечного сечения измерительного канала вычисляют расход измеряемой среды.
Минимальное расхождение между средней скоростью потока и скоростью потока вдоль акустического луча достигается при зондировании по среднерадиусной хорде (хорда, проходящая через точку, которая лежит на середине внутреннего радиуса измерительного канала). В трубопроводах круглого сечения местные скорости потока изменяются вдоль сечения, принимая максимальные значения в области оси трубопровода. Функция, которая описывает такие изменения, называется эпюрой скоростей. Использование зондирования по одной среднерадиусной хорде требует обязательного сохранения осесимметричного вида эпюры скоростей в измерительном канале. Применение зондирования контролируемого участка потока по нескольким среднерадиусным хордам позволяет компенсировать искажения формы эпюры скоростей.
Под действием гидравлических сопротивлений у местных скоростей потока наряду с основной компонентой скорости, направленной вдоль оси трубопровода, появляются компоненты скорости, направленные под углом к оси трубопровода, что приводит к появлению дополнительной погрешности УЗ расходомеров. Зондирование потока по нескольким хордам, лежащих в разных пересекающихся внутри измерительного канала плоскостях, позволяет минимизировать эту дополнительную погрешность.
Известен первичный преобразователь УЗ расходомера (RU, патент №2277700, «Врезная секция ультразвукового расходомера»), в состав которого входят измерительный канал, два электроакустических приемопередающих преобразователя и отражатели акустических сигналов, причем преобразователи установлены с возможностью акустической связи между ними по трем среднерадиусным хордам, лежащих в разных плоскостях. Электроакустический преобразователь излучает акустический импульс, который распространяется в измерительном канале, отражаясь от отражателей, и попадает на второй электроакустический преобразователь.
Недостатком рассматриваемого первичного преобразователя является то, что при такой конструкции среднерадиусные хорды расположены последовательно друг за другом вдоль измерительного канала, что приводит к зондированию каждой хордой не одного, а разных участков контролируемого потока. При изменении вдоль измерительного канала эпюры скоростей потока и компонент его скорости, направленных под углом к оси трубопровода, такое конструктивное решение не позволяет компенсировать искажение формы эпюры скоростей и исключить дополнительную погрешность, связанную с появлением компонент скорости контролируемого потока, направленных под углом к оси трубопровода.
Вторым недостатком рассматриваемого первичного преобразователя является наличие в его конструкции отражателей акустических сигналов. Их использование увеличивает габариты преобразователя и ухудшает его эксплуатационные характеристики, вследствие обоюдного влияния, как отражателей на контролируемый поток (возмущение потока), так и потока на отражатели (износ, образование пленки и изменение геометрических параметров под воздействием веществ, содержащихся в контролируемом потоке).
Известен первичный преобразователь УЗ расходомера (RU, патент №2106603), в котором реализована возможность некоторого сокращения его размеров. По совокупности существенных признаков он является наиболее близким к предлагаемому решению. Первичный преобразователь содержит, измерительный участок, включающий один приемный, три приемопередающих акустических преобразователя и три отражателя, причем два приемопередающих преобразователя и два отражателя установлены диаметрально противоположно в первом и втором поперечном сечениях измерительного участка, приемный и третий приемопередающий акустический преобразователи расположены диаметрально противоположно в третьем поперечном сечении и третий отражатель установлен в четвертом поперечном сечении таким образом, чтобы третье и четвертое поперечные сечения делили расстояние между первым и вторым поперечными сечениями на три равные части.
Недостатком известного устройства является то, что информационное зондирование потока происходит по среднерадиусным хордам, которые расположены последовательно друг за другом вдоль измерительного канала. Опорное зондирование реализовано под прямым углом к контролируемому потоку. Поэтому результаты такого зондирования не позволяют компенсировать искажение формы эпюры скоростей и исключить дополнительную погрешность, связанную с появлением компонент скорости контролируемого потока, направленных под углом к оси трубопровода. Вторым недостатком известного устройства является наличие в его конструкции отражателей акустических сигналов.
Задачей, решаемой полезной моделью, является разработка первичного преобразователя УЗ расходомера, в котором реализуется многолучевое зондирование контролируемого потока, которое позволяет компенсировать искажение формы эпюры скоростей и исключить дополнительную погрешность, связанную с появлением компонент скорости контролируемого потока, направленных под углом к оси трубопровода, с применением минимального необходимого для этого числа акустических лучей и без использования отражателей акустических сигналов.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый первичный преобразователь УЗ расходомера, как и известный, содержит измерительный канал и акустические приемопередающие преобразователи. Но, в отличие от известного, предлагаемый первичный преобразователь содержит шесть акустических преобразователей, три из которых расположены в одном поперечном сечении измерительного канала, а три других - во втором поперечном сечении измерительного канала, попарно на трех образующих, равноотстоящих друг от друга, при этом преобразователи установлены с возможностью образования трех акустических каналов, в каждый из которых входит один из преобразователей, расположенных в первом поперечном сечении и на одной образующей, и один из преобразователей, расположенных во втором поперечном сечении и на соседней образующей.
Техническим результатом является возможность уменьшения габаритов устройства и возможность уменьшения погрешности измерения расхода измеряемых веществ, особенно сильно загрязненных и (или) вязких.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан предлагаемый первичный преобразователь ультразвукового расходомера со схемой зондирования измерительного канала; на фиг.2 показана проекция акустических лучей на поперечное сечение измерительного канала.
Рассмотрим пример выполнения первичного преобразователя ультразвукового расходомера, который содержит измерительный канал 1 и шесть приемопередающих электроакустических преобразователей, причем преобразователи 2, 3, 4 расположены в поперечном сечении 5 измерительного канала, а преобразователи 6, 7, 8 в поперечном сечении 9. Преобразователи 2 и 6 установлены на одной образующей, 3 и 7 на второй образующей и 4 и 8 на третьей, причем эти образующие отстоят друг от друга на равные расстояния. Преобразователи ориентированы с возможностью проводить треххордовое зондирование. Для этого преобразователи 2 и 8, так же, как и преобразователи 3 и 6, преобразователи 4 и 7 образуют три акустических канала. Зондирование контролируемого потока осуществляется тремя акустическими лучами, причем каждый луч реализуется своей парой электроакустических преобразователей, зондирует поток по среднерадиусной хорде, а проекция всех акустических лучей на поперечное сечение измерительного канала представляет собой равносторонний треугольник (фиг. 2).
Жидкость (газ), при прохождении измерительного канала, зондируется электроакустическими преобразователями ультразвуковой частоты. При распространении зондирующих сигналов по потоку (предположим поток движется слева направо) в качестве излучателей работают электроакустические преобразователи 2, 3, 4 из каждой акустической пары, расположенные, в поперечном сечении 5, а в качестве приемников - преобразователи 6, 7, 8, расположенные в сечении 9. Распространение зондирующих сигналов против потока происходит аналогично, только в качестве излучателей работают преобразователи из каждой акустической пары 6, 7, 8, расположенные в сечении 9, а в качестве приемников - преобразователи 2, 3, 4, расположенные в сечении 5. При наличии расхода контролируемой среды происходит сложение векторов скорости ультразвуковых колебаний и скорости контролируемой среды, приводящее к изменению времени распространения ультразвука между электроакустическими преобразователями, при этом при распространении по направлению потока среды время уменьшается, а против потока возрастает.
Средняя скорость потока в измерительном канале получается в результате усреднения скоростей потока вдоль каждого акустического луча. При искажении эпюры скоростей контролируемого потока измеренные скорости потока вдоль каждого акустического луча будут отличаться друг от друга. Но при предлагаемой схеме зондирования и усреднении лучевых скоростей данные отличия будут компенсировать друг друга. Аналогичные процессы будут происходить и при появлении компонент скорости контролируемого потока, направленных под углом к оси трубопровода. Любая такая компонента будет вносить свой вклад в результат измерения скорости по каждому лучу. Для каждого луча эти вклады могут отличаться как по величине, так и по знаку, но сумма этих вкладов при предлагаемой схеме зондирования будет всегда равна нулю.
Описание устройства показывает, что предложен достаточно малогабаритный первичный преобразователь УЗ расходомера простой конструкции, которая позволяет при проведении измерений компенсировать искажения формы эпюры скоростей потока и исключить дополнительную погрешность, связанную с появлением компонент скорости контролируемого потока, направленных под углом к оси трубопровода. При этом в этой конструкции отсутствуют элементы, которые могут оказывать возмущающее воздействие на поток и, тем самым, искажать достоверность измерений.

Claims (1)

  1. Первичный преобразователь УЗ расходомера, содержащий измерительный канал и акустические приемопередающие преобразователи, отличающийся тем, что первичный преобразователь содержит шесть акустических преобразователей, три из которых расположены в одном поперечном сечении измерительного канала, а три других - во втором поперечном сечении измерительного канала, попарно на трех образующих, равноотстоящих друг от друга, при этом преобразователи установлены с возможностью образования трех акустических каналов, в каждый из которых входит один из преобразователей, расположенных в первом поперечном сечении и на одной образующей, и один из преобразователей, расположенных во втором поперечном сечении и на соседней образующей.
    Figure 00000001
RU2016121757/28U 2016-06-01 2016-06-01 Первичный преобразователь ультразвукового расходомера RU166612U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121757/28U RU166612U1 (ru) 2016-06-01 2016-06-01 Первичный преобразователь ультразвукового расходомера

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121757/28U RU166612U1 (ru) 2016-06-01 2016-06-01 Первичный преобразователь ультразвукового расходомера

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU166612U1 true RU166612U1 (ru) 2016-12-10

Family

ID=57793297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121757/28U RU166612U1 (ru) 2016-06-01 2016-06-01 Первичный преобразователь ультразвукового расходомера

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU166612U1 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6727308B2 (ja) 改良型ビーム整形音響信号伝搬時間差式流量計
EP3268701B1 (en) Hybrid sensing ultrasonic flowmeter
US9097567B2 (en) Ultrasonic, flow measuring device
US10564016B2 (en) Ultrasonic transducers using adaptive multi-frequency hopping and coding
JP5629265B2 (ja) 超音波流量計
GB1587152A (en) Method of measuring the volume flow of a fluid in a conduit
JP2017525948A (ja) 信号伝搬時間差式流量計
US9140594B2 (en) Ultrasonic, flow measuring device
RU2660011C1 (ru) Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом
US20230243683A1 (en) Flowmeter and method for meausuring the flow of a fluid
JP4535065B2 (ja) ドップラー式超音波流量計
US10890471B2 (en) Method and assembly for ultrasonic clamp-on flow measurement, and bodies for implementing off-center flow measurement
US10962393B2 (en) Multiphase flow rate measurement with elliptical ultrasonic transceiver array
RU2692824C1 (ru) Ультразвуковое устройство измерения расхода и способ определения скорости потока
RU166612U1 (ru) Первичный преобразователь ультразвукового расходомера
US3204457A (en) Ultrasonic flowmeter
US20160161525A1 (en) Apparatus and a method for providing a time measurement
RU2649421C1 (ru) Ультразвуковой расходомер с металлическим датчиком
EP3676573B1 (en) Acoustic measurement of a fluid flow
RU2375682C1 (ru) Датчик ультразвукового расходомера
RU172103U1 (ru) Ультразвуковой расходомер с металлическим датчиком
JP4827008B2 (ja) 超音波流量計、超音波トランスジューサ、超音波送受信ユニットおよび超音波流量計を用いた流量測定方法
RU2447406C1 (ru) Ультразвуковой способ измерения расхода жидких и газообразных сред и устройство для его осуществления
RU2064164C1 (ru) Способ определения расхода
UA141356U (uk) Ультразвуковий спосіб вимірювання витрат рідких і/або газоподібних середовищ