RU2073830C1 - Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media - Google Patents

Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media Download PDF

Info

Publication number
RU2073830C1
RU2073830C1 RU93029275A RU93029275A RU2073830C1 RU 2073830 C1 RU2073830 C1 RU 2073830C1 RU 93029275 A RU93029275 A RU 93029275A RU 93029275 A RU93029275 A RU 93029275A RU 2073830 C1 RU2073830 C1 RU 2073830C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow rate
flow
waves
cylindrical
frequency
Prior art date
Application number
RU93029275A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93029275A (en
Inventor
Игорь Александрович Колмаков
Виталий Владимирович Самарцев
Original Assignee
Игорь Александрович Колмаков
Виталий Владимирович Самарцев
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 Игорь Александрович Колмаков, Виталий Владимирович Самарцев filed Critical Игорь Александрович Колмаков
Priority to RU93029275A priority Critical patent/RU2073830C1/en
Publication of RU93029275A publication Critical patent/RU93029275A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2073830C1 publication Critical patent/RU2073830C1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: flowmetering, measurement of flow rate of liquid and gaseous media by acoustic means. SUBSTANCE: cross-section of flow is probed by acoustic cylindrical waves, which are excited by a cylindrical transducer in the direction of the pipeline axis, repeatedly reflected reverberation waves are received, and their frequency is measured in the absence and presence of flow, flow rate is determined according to the difference of measured frequencies. EFFECT: facilitated procedure. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области расходометрии и позволяет повысить точность измерения расхода жидких и газообразных сред с помощью зондирования акустическими волнами. The invention relates to the field of flow measurement and can improve the accuracy of measuring the flow rate of liquid and gaseous media by sounding with acoustic waves.

Известны способы определения скорости течения по допплеровскому смещению в частотах зондирующего излучения в акустике и оптике [1] Основными недостатками допплеровских методов являются: необходимость наличия рассеивающих зондирующее излучение частиц; существенная погрешность измерения скорости вследствие рассеивания излучения во все стороны (отсутствие узкой диаграммы направленности рассеянного излучения); нестабильность показаний, в силу влияния температурных, флуктуационных и других факторов. Known methods for determining the flow velocity by the Doppler shift in the frequencies of the probe radiation in acoustics and optics [1] The main disadvantages of the Doppler methods are: the need for the presence of particles scattering the probe radiation; significant error in the measurement of speed due to radiation scattering in all directions (lack of a narrow radiation pattern of the scattered radiation); instability of indications, due to the influence of temperature, fluctuation and other factors.

Ближайшим аналогом изобретения является способ измерения расхода жидких сред, включающий зондирование поперечного сечения потока акустическими цилиндрическими волнами с помощью кольцевого преобразователя в радиальном направлении к оси трубопровода, работающего попеременно в режимах излучения и приема, измерения их частот и определение величины расхода [2]
Недостатком известного способа является невозможность достижения высокой точности измерения.
The closest analogue of the invention is a method of measuring the flow rate of liquid media, including sensing the cross section of the flow by acoustic cylindrical waves using a ring transducer in the radial direction to the axis of the pipeline, which alternates in the modes of radiation and reception, measuring their frequencies and determining the flow rate [2]
The disadvantage of this method is the inability to achieve high accuracy of measurement.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности измерения. The technical result from the use of the invention is to improve the accuracy of measurement.

Это достигается тем, что в способе измерения расхода, включающем зондирование поперечного сечения потока акустическими цилиндрическими волнами, которые возбуждают цилиндрическим преобразователем в направлении оси трубопровода, прием многократно отраженных реверберационных цилиндрических волн и измерение их частоты, измерение частоты производят при отсутствии и наличии потока, а величину расхода определяют по разности измеренных частот. This is achieved by the fact that in the method of measuring the flow rate, including sounding the cross section of the flow with acoustic cylindrical waves, which excite the cylindrical transducer in the direction of the axis of the pipeline, receiving repeatedly reflected reverberating cylindrical waves and measuring their frequency, measuring the frequency in the absence and presence of flow, and the value flow rate is determined by the difference of the measured frequencies.

Сущность способа заключается в следующем. В исследуемую среду, контактным или бесконтактным способом (в последнем случае акустические преобразователи излучатель приемник акустических сигналов лишь "прикладываются" к внешней поверхности трубопровода) вводятся сигналы цилиндрических волн, распространяющихся от внутренней поверхности цилиндрического излучателя в поток среды к его оси, а затем после обращения фронта в обратном направлении, от оси к его внутренней поверхности, возникает последовательность затухающих реверберационных волн. Число таких волн может быть более 20 и зависит от амплитуды внешнего сигнала, его длительности, формы, свойств среды, режима течения и т.д. При движении среды по трубопроводу со скоростью V, скорость распространения звука изменяется в зависимости от величины V при постоянном значении плотности и температуры. В силу этого и частота реверберационных волн также изменяется. Мерой расхода будет являться величина, пропорциональная изменению частоты реверберационных волн, относительно частоты в неподвижной среде. The essence of the method is as follows. Signals of cylindrical waves propagating from the inner surface of the cylindrical emitter into the medium flow to its axis, and then after the front in the opposite direction, from the axis to its inner surface, a sequence of decaying reverberation waves occurs. The number of such waves can be more than 20 and depends on the amplitude of the external signal, its duration, shape, medium properties, flow regime, etc. When the medium moves through the pipeline with a speed of V, the speed of sound propagation changes depending on the value of V at a constant value of density and temperature. Due to this, the frequency of reverberation waves also changes. A measure of flow will be a value proportional to the change in the frequency of the reverberation waves, relative to the frequency in a stationary medium.

Один из вариантов функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, показан на фиг. 1. One of the variants of the functional diagram of a device that implements the proposed method is shown in FIG. one.

Устройство содержит резервуар 1, заполненный измеряемой средой, кран 2, установленный на трубопроводе 3, акустические цилиндрические преобразователи 4, 4', генераторы электрических сигналов 5 и 5', коммутаторы 6 и 6', усилители 7 и 7', частотомеры 8 и 8' и устройство вычисления расхода 9. The device comprises a tank 1 filled with a measured medium, a valve 2 mounted on the pipeline 3, acoustic cylindrical transducers 4, 4 ', electric signal generators 5 and 5', switches 6 and 6 ', amplifiers 7 and 7', frequency meters 8 and 8 ' and a flow calculating device 9.

Способ измерения расхода жидких и газообразных сред осуществляется следующим образом. Вытекающую из резервуара 1 (см. фиг. 1) при открытом кране 2 по участку цилиндрического трубопровода 3 среду зондируют с помощью преобразователя 4 акустическими сигналами в виде импульсов цилиндрических волн с используемой для увеличения чувствительности частотной модуляцией. Преобразователь 4 выполняет попеременно функции излучателя и приемника акустических сигналов и может быть "накладным" состоящим из двух, накладываемых на внешнюю поверхность трубопровода, половин цилиндрического преобразователя 4 или вставляться внутрь трубы таким образом, чтобы его внутренняя поверхность и внутренняя поверхность трубы составляли единую цилиндрическую поверхность. Подаваемое с генератора электрических сигналов 5 на преобразователь 4 напряжение в виде коротких импульсов с высокочастотным заполнением преобразуется в 4 акустические сигналы той же частоты, с той же высокочастотной модуляцией, после чего выход преобразователя 4, работающего уже в режиме приема акустических сигналов с помощью коммутатора 6, соединяется со входом усилителя 7. После усиления сигналов в 7, они поступают на частотомер 8, где осуществляется измерение частот реверберационных волн при V≠0 частота при V 0 измеряется до открывания крана. При этом предполагается, что температура среды во время измерения расхода не изменяется и известна. В случае, если температура среды не может поддерживаться строго постоянной и следовательно на результаты измерений накладываются погрешности, обусловленные нестабильностью температуры, схема измерения усложняется. В этом случае, для измерения расхода используется второй такой же, что и 1, преобразователь 4', помещаемый в резервуар 1. В этом случае внешние сигналы с генераторов 5 и 5' подаются одновременно на преобразователи 4 и 4', а принимаемые ими же сигналы реверберационных волн частот ω и ωo через коммутаторы 6 и 6' поступают, после усиления в 7 и 7' на частотомеры 8 и 8' и далее в устройство 9, где происходит вычисление значений расхода до приводимой далее формуле (1).The method of measuring the flow rate of liquid and gaseous media is as follows. The medium flowing out of the tank 1 (see Fig. 1) with the tap 2 open over a portion of the cylindrical pipeline 3 is probed using a transducer 4 with acoustic signals in the form of cylindrical wave pulses with frequency modulation used to increase sensitivity. The transducer 4 performs alternately the functions of the emitter and receiver of acoustic signals and can be “laid on” consisting of two halves of the cylindrical transducer 4 superimposed on the external surface of the pipeline or inserted inside the pipe so that its inner surface and the inner surface of the pipe form a single cylindrical surface. The voltage supplied from the generator of electrical signals 5 to the converter 4 in the form of short pulses with high-frequency filling is converted into 4 acoustic signals of the same frequency, with the same high-frequency modulation, after which the output of the converter 4, which is already operating in the mode of receiving acoustic signals using the switch 6, connected to the input of amplifier 7. After amplification of the signals at 7, they arrive at the frequency meter 8, where the frequencies of the reverberation waves are measured at V ≠ 0, the frequency at V 0 is measured before opening to wound. It is assumed that the temperature of the medium during flow measurement does not change and is known. If the temperature of the medium cannot be kept strictly constant and, therefore, errors caused by the instability of the temperature are superimposed on the measurement results, the measurement scheme is complicated. In this case, to measure the flow rate, the second one, same as 1, is used, the converter 4 ', placed in the tank 1. In this case, external signals from the generators 5 and 5' are fed simultaneously to the converters 4 and 4 ', and the signals received by them the reverberation waves of frequencies ω and ω o through the switches 6 and 6 'are received, after amplification in 7 and 7' to the frequency meters 8 and 8 'and then to the device 9, where the flow values are calculated to the formula (1) given below.

Статическая характеристика устройства имеет вид:

Figure 00000002

где Q расход,
d диаметр трубопровода,
Figure 00000003
отношение удельных теплоемкостей,
ωo,ω частоты реверберационных колебаний при V 0 и V≠ 0, соответственно.The static characteristic of the device is:
Figure 00000002

where Q is the flow rate
d pipe diameter
Figure 00000003
specific heat ratio,
ω o , ω are the reverberation frequencies at V 0 and V ≠ 0, respectively.

При использовании частотной модуляции, вместо частот ωo,ω, в (1) подставляются ω * o = ωo•n, ω*= ω•n,, где n число модуляционных колебаний в импульсе.When using frequency modulation, instead of frequencies ω o , ω, ω are substituted in (1) * o = ω o • n, ω * = ω • n ,, where n is the number of modulation oscillations in the pulse.

Применение предлагаемого способа определения расхода среды позволит повысить точность измерения расхода за счет следующих факторов: охвата зондирующим излучением всех точек среды на площади радиального сечения трубопровода и тем самым осуществления автоматического суммирования значений скорости в каждой точке сечения, исключения влияния изменений скорости звука за счет температурных и иных влияний, увеличения чувствительности за счет частотной модуляции зондирующих поток сигналов. The application of the proposed method for determining the flow rate of the medium will improve the accuracy of measuring the flow rate due to the following factors: coverage of all medium points on the radial cross-sectional area of the pipeline with probing radiation and thereby automatically adding the velocity values to each cross-section point, eliminating the influence of sound velocity changes due to temperature and other influences, increased sensitivity due to frequency modulation of sounding signals.

Claims (1)

Способ измерения расхода жидких и газообразных сред, включающий зондирование поперечного сечения потока акустическими цилиндрическими волнами, которые возбуждают цилиндрическим преобразователем в направлении оси трубопровода, прием многократно отраженных реверберационных цилиндрических волн и измерение их частоты, отличающийся тем, что измерение частоты реверберационных волн производят при отсутствии и при наличии потока, а величину расхода определяют по разности измеренных частот. A method for measuring the flow rate of liquid and gaseous media, including sensing the flow cross section by acoustic cylindrical waves, which are excited by a cylindrical transducer in the direction of the pipeline axis, receiving repeatedly reflected cylindrical reverberation waves and measuring their frequency, characterized in that the frequency of the reverberating waves is measured in the absence and at the presence of flow, and the flow rate is determined by the difference of the measured frequencies.
RU93029275A 1993-06-08 1993-06-08 Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media RU2073830C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93029275A RU2073830C1 (en) 1993-06-08 1993-06-08 Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93029275A RU2073830C1 (en) 1993-06-08 1993-06-08 Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93029275A RU93029275A (en) 1995-10-27
RU2073830C1 true RU2073830C1 (en) 1997-02-20

Family

ID=20142635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93029275A RU2073830C1 (en) 1993-06-08 1993-06-08 Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2073830C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106885844A (en) * 2017-03-31 2017-06-23 皖西学院 The measuring instrument and its measuring method of a kind of air specific heat ratio

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры./ Под ред. Киясбейли А.Ш. - М.: Машиностроение, 1984. 2. Авторское свидетельство СССР N 165971, кл. G 01F 1/66, 1991. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106885844A (en) * 2017-03-31 2017-06-23 皖西学院 The measuring instrument and its measuring method of a kind of air specific heat ratio
CN106885844B (en) * 2017-03-31 2023-09-05 皖西学院 Measuring instrument and measuring method for specific heat ratio of air

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101810724B1 (en) Multiphase fluid characterization system
US2746291A (en) Fluid velocity measuring system
JPH0758210B2 (en) Method and apparatus for measuring fluid flow using a surface generated volumetric search signal
WO1990005283A1 (en) Method and apparatus for measuring mass flow
CN103154721A (en) Apparatus and method for noninvasive particle detection using Doppler spectroscopy
SK95995A3 (en) Flow indicator
EP0212899A2 (en) Ultrasonic testing of materials
US4391150A (en) Electro-acoustic flowmeter
Williamson et al. Coherent Detection Technique for Variable‐Path‐Length Measurements of Ultrasonic Pulses
RU2073830C1 (en) Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media
EP0759540A2 (en) Fluid flow meter
US3204455A (en) Ultrasonic flowmeter
RU2068543C1 (en) Method of measurement of mass flow rate of liquid and gaseous media
McCarty et al. Frequency modulated ultrasonic Doppler flowmeter
RU2190191C1 (en) Ultrasonic pulse flowmeter
RU2020477C1 (en) Method of measurement of acoustic signal reflection factor
SU787899A1 (en) Ultrasonic flowmeter
RU2195635C1 (en) Method of measurement of level of liquid and loose media
RU2106602C1 (en) Ultrasound flowmeter
RU2313068C2 (en) Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution
Jackson et al. A three-path ultrasonic flowmeter for small-diameter pipelines
JP3023199B2 (en) Acoustic pipe length measuring instrument
SU1659717A1 (en) Method of measuring flow rate of liquid media
RU2123668C1 (en) Method of measuring of liquid and gaseous media flow rate
RU2047098C1 (en) Method of measuring flow rate of liquid and gaseous media