RU225409U1 - Акустический преобразователь расхода - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технике измерения расхода, а именно к преобразователям расхода ультразвуковых расходомеров, и может быть использована в различных отраслях промышленности для измерения малых расходов жидкости в сложных условиях эксплуатации.

Акустический преобразователь расхода содержит прямолинейный отрезок трубы с корпусами в его торцах, два пьезопреобразователя, установленных в корпусах соосно с прямолинейным отрезком трубы, впускной и выпускной патрубки, закрепленные в отверстиях корпусов непосредственно у пьезопреобразователей. Наружная поверхность измерительного участка содержит теплоизоляцию, выполненную либо в виде теплоизоляционного покрытия, либо в виде прикрепленного к корпусам герметичного вакуумированного кожуха. Технический результат - повышение надежности измерений при большой разности температур рабочей среды и окружающего воздуха. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к технике измерения расхода, а именно к преобразователям расхода ультразвуковых расходомеров, и может быть использована в различных отраслях промышленности для измерения малых расходов жидкости при наличии большой разности температур рабочей среды и окружающего воздуха.

Из предшествующего уровня техники известны акустические преобразователи расхода углового типа, содержащие отрезок трубы с установленными на противоположных стенках трубы двумя пьезоэлектрическими преобразователями, совместная ось которых составляет с осью трубы угол, отличный от 180°. В процессе измерений на пьезопреобразователи от электронного блока ультразвукового расходомера синхронно подаются короткие электрические импульсы возбуждения, которые преобразовываются в ультразвуковые зондирующие сигналы. Указанные сигналы, распространяющиеся вдоль совместной оси навстречу друг другу, поступают на те же пьезопреобразователи и преобразовываются ими в приемные электрические импульсы. Поскольку скорость распространения зондирующего сигнала по потоку больше таковой против потока, приемные импульсы смещены по времени. Электронный блок измеряет длительность временного интервала между приемными импульсами, которая пропорциональна скорости потока, т.е. расходу, а также длине акустической базы, равной расстоянию между центрами излучающих поверхностей, отсчитанному вдоль оси трубы (Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4 изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989, стр. 442-443). Обычно длина акустической базы не превышает диаметр трубы. Достоинством описанного преобразователя расхода является простота конструкции, отсутствие деталей, выступающих в поток, прямолинейность трубопровода. Недостаток - низкая чувствительность при измерениях в трубопроводах малого диаметра из-за малой длины акустической базы.

Для проведения измерений в трубопроводах малого диаметра (сравнимого с размерами пьезопреобразователей) используется акустический преобразователь расхода осевого тина, выбранный в качестве прототипа, содержащий прямолинейный отрезок трубы с корпусами в его торцах, два пьезопреобразователя, установленных в корпусах соосно с прямолинейным отрезком трубы, а также впускной и выпускной патрубки, установленные в отверстиях корпусов (см. Расходомер-счетчик ультразвуковой РУС-1А. Руководство по эксплуатации РСТМ. 407629.001 РЭ, стр. 4, Рисунок 2.2). В указанном акустическом преобразователе расхода ультразвуковой зондирующий сигнал распространяется вдоль оси измерительного участка, образуемого рабочей средой, находящейся между пьезопреобразователями, так что угол между осью участка и направлением распространения ультразвуковой волны равен нулю. Акустическая база в этом случае равна расстоянию между осями впускного и выпускного патрубков, которая многократно превышает диаметр трубы, обеспечивая высокую чувствительность. В пьезопреобразователях используются дисковые пьезоэлементы, диаметр которых приблизительно равен диаметру измерительного участка или превышает его. При этом ультразвуковой луч полностью перекрывает поток, обеспечивая эффективное осреднение поля скоростей потока, т.е. высокую точность измерений.

Недостатком описанного акустического преобразователя расхода является потеря работоспособности при большой разности температур рабочей среды и окружающего воздуха. Причина - возникновение на измерительном участке поперечного градиента температур. Поскольку скорость звука в среде зависит от температуры, при наличии градиента температур скорость распространения ультразвуковой волны у стенок отличается от скорости на оси. Поэтому фаза волны, падающей на центральный участок пьезопреобразователя, может отличаться от фазы волны, падающей на его периферию, на величину 180° и более. А поскольку снимаемый с пьезоэлемента сигнал равен сумме элементарных сигналов, снимаемых с разных участков пьезоэлемента, наличие разности фаз элементарных сигналов приводит к резкому уменьшению суммарного сигнала и, в конечном итоге, к нарушению работы расходомера.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении надежности измерений при работе в сложных условиях эксплуатации - при большой разности температур рабочей среды и окружающего воздуха.

Данная задача решается за счет того, что в акустическом преобразователе расхода, содержащем прямолинейный отрезок трубы с корпусами в его торцах, два пьезопреобразователя, установленных в корпусах соосно с прямолинейным отрезком трубы, впускной и выпускной патрубки, закрепленные в отверстиях корпусов, прямолинейный отрезок трубы содержит теплоизоляцию. Теплоизоляция может быть выполнена либо в виде герметичного вакуумированного кожуха, прикрепленного к корпусам и охватывающего прямолинейный отрезок грубы, либо в виде теплоизоляционного покрытия, нанесенного на наружную поверхность прямолинейного отрезка трубы.

Сущность полезной модели поясняется рисунками, на которых приведены: на фиг. 1 - устройство акустического преобразователя расхода с теплоизоляцией в виде покрытия, на фиг. 2 - устройство акустического преобразователя расхода с теплоизоляцией в виде герметичного вакуумированного кожуха.

Акустический преобразователь расхода (фиг. 1) включает прямолинейный отрезок трубы 1 с корпусами 2, 3, установленные в корпусах 2, 3 соосно с прямолинейным отрезком трубы 1 пьезопреобразователи 4, 5, впускной 6 и выпускной 7 патрубки, закрепленные в отверстиях корпусов 2, 3. На наружную поверхность прямолинейного отрезка трубы 1 нанесено (напрессовано) теплоизоляционное покрытие 8, выполненное, например, из пенопласта. Рабочая среда, заполняющая пространство между пьезопреобразователями 4 и 5, образует измерительный участок 9.

В другом варианте исполнения (фиг. 2) акустический преобразователь расхода включает прямолинейный отрезок трубы 1 с корпусами 2, 3, установленные в корпусах 2, 3 соосно с прямолинейным отрезком трубы 1 пьезопреобразователи 4, 5, впускной 6 и выпускной 7 патрубки, закрепленные в отверстиях корпусов 2, 3. Теплоизоляция измерительного участка 9 обеспечивается с помощью герметичного вакуумированного кожуха 10, прикрепленного (например, на сварке) к корпусам 2, 3 и охватывающий прямолинейный отрезок трубы 1.

Акустический преобразователь расхода работает следующим образом. Рабочая среда (жидкость или газ) поступает во впускной патрубок 6, проходит через корпус 2, прямолинейный отрезок трубы 1, корпус 3 и выходит через выпускной патрубок 7. От электронного блока на пьезопреобразователи 4 и 5 синхронно подаются короткие электрические импульсы возбуждения, которые преобразовываются в ультразвуковые зондирующие сигналы, распространяющиеся в жидкости вдоль оси измерительного участка 9 навстречу друг другу. Прошедшие через жидкость зондирующие сигналы поступают на пьезопреобразователи 4 и 5 и преобразовываются ими в приемные электрические импульсы. Поскольку скорость распространения зондирующего сигнала по потоку больше таковой против потока, приемные импульсы смещены по времени. Электронный блок измеряет длительность временного интервала между приемными импульсами, которая пропорциональна скорости потока, т.е. расходу.

Рассмотрим работу акустического преобразователя расхода при большой разности температур окружающего воздуха и рабочей среды. Благодаря теплоизоляции приток тепла от окружающего воздуха к стенке трубы 1 незначителен, и температура стенки практически равна температуре рабочей среды за счет теплообмена между средой и стенкой (приток тепла от открытых элементов акустического преобразователя расхода через относительно тонкую стенку трубы 1 недостаточен для существенного влияния на температуру стенки). Вследствие этого поперечный градиент температур на измерительном участке 9 невелик и скорость звука практически одинакова во всем объеме рабочей среды, заполняющей измерительный участок 9. Набег фазы зондирующего ультразвукового сигнала на всей поверхности пьезопреобразователя одинаков, и работа электроакустического тракта не нарушается.

Вариант теплоизоляции в виде герметичного вакуумированного кожуха применяется в случаях, когда использование пористых теплоизоляционных материалов не допускается по условиям работы преобразователя расхода.

Claims (3)

1. Акустический преобразователь расхода, содержащий прямолинейный отрезок трубы с корпусами в его торцах, два пьезопреобразователя, установленных в корпусах соосно с прямолинейным отрезком трубы, впускной и выпускной патрубки, закрепленные в отверстиях корпусов, отличающийся тем, что прямолинейный отрезок трубы содержит теплоизоляцию.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что теплоизоляция выполнена в виде теплоизоляционного покрытия, нанесенного на поверхность прямолинейного отрезка трубы.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что теплоизоляция выполнена в виде герметичного вакуумированного кожуха, прикрепленного к корпусам и охватывающего прямолинейный отрезок трубы.

Images