RU2277700C2 - Cut in section of ultrasound flowmeter - Google Patents

Cut in section of ultrasound flowmeter Download PDF

Info

Publication number
RU2277700C2
RU2277700C2 RU2004102383/28A RU2004102383A RU2277700C2 RU 2277700 C2 RU2277700 C2 RU 2277700C2 RU 2004102383/28 A RU2004102383/28 A RU 2004102383/28A RU 2004102383 A RU2004102383 A RU 2004102383A RU 2277700 C2 RU2277700 C2 RU 2277700C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
transceiver
axis
section
signal
Prior art date
Application number
RU2004102383/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004102383A (en
Inventor
Анатолий Иванович Стеценко (UA)
Анатолий Иванович Стеценко
Андрей Анатольевич Стеценко (UA)
Андрей Анатольевич Стеценко
Валерий Леонидович Сорокопут (UA)
Валерий Леонидович Сорокопут
Владимир Васильевич Костылев (UA)
Владимир Васильевич Костылев
Анатолий Александрович Чумаченко (UA)
Анатолий Александрович Чумаченко
Original Assignee
АО "Тахион"
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 АО "Тахион" filed Critical АО "Тахион"
Priority to RU2004102383/28A priority Critical patent/RU2277700C2/en
Publication of RU2004102383A publication Critical patent/RU2004102383A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2277700C2 publication Critical patent/RU2277700C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: the invention refers to measuring technique and designed for measuring speed of instantaneous or integral consumption of liquid(of oil and products of its processing) in completely filled(pressure) pipelines.
SUBSTANCE: the arrangement includes in itself a part of a tube in which along generating line at given distance R relatively to each other there are two hollow openings whose axles are perpendicular to the axle of the tube. Into the openings receiving-transmitting electric acoustic transformers are mounted. They are installed so that the centers of their radiating plates are on the same level with the inner surface of the tube. The radiating surface of each of the indicated transformers is located under an angle 300 -600 to its longitudinal axle that provides acoustic communications along three chords. The distance R is chosen according to the cited formula.
EFFECT: the arrangement has a simple construction and provides improved correlation signal/noise in the measuring signal.
5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях народного хозяйства в качестве ультразвукового датчика для измерения скорости потока, мгновенного либо интегрального (объемного) расхода жидкости в полностью заполненных (напорных) трубах.The invention relates to measuring equipment and can be used in various fields of the national economy as an ultrasonic sensor for measuring flow velocity, instantaneous or integral (volumetric) fluid flow in completely filled (pressure) pipes.

Известен датчик расходомера, описанный в способе измерения скорости жидкости или газа в трубопроводе (патент Украины №40767, кл. G 01 F 1/66, БИ №7, 2001), содержащий корпус расходомера, в котором расположены два пьезоэлектрических элемента, при этом рабочие поверхности пьезоэлектрических элементов и поверхность корпуса датчика расходомера, которая непосредственно к ним прилегает и отделяет их от потока жидкости или газа, лежат на оси прохождения акустического сигнала, перпендикулярны к этой оси и вследствие этого параллельны друг другу, а ось акустического сигнала расположена под углом α к вектору скорости жидкости или газа.A known flowmeter sensor described in the method of measuring the velocity of a liquid or gas in a pipeline (Ukrainian patent No. 40767, class G 01 F 1/66, BI No. 7, 2001), comprising a flowmeter housing in which two piezoelectric elements are located, while working the surfaces of the piezoelectric elements and the surface of the body of the sensor of the flow meter, which is adjacent to them and separates them from the flow of liquid or gas, lie on the axis of the acoustic signal, are perpendicular to this axis and, as a result, parallel to each other, and the axis a -Terrorism signal is at an angle α to the vector velocity of the fluid or gas.

Данный датчик расходомера так же, как и заявляемая врезная секция ультразвукового расходомера, содержит два приемопередающих электроакустических преобразователя (пьезоэлектрических элемента) и отрезок трубы (корпус датчика). Однако отсутствие двух сквозных отверстий, которые выполнены предложенным способом и в которые вмонтированы приемопередающие электроакустические преобразователи также предложенным способом, резко снижает точность определения расхода контролируемой среды, так как зондирование потока среды производится по прямой, проходящей через ось трубы.This flowmeter sensor, as well as the claimed mortise section of an ultrasonic flowmeter, contains two transceiver electroacoustic transducers (piezoelectric elements) and a pipe section (sensor body). However, the absence of two through holes that are made by the proposed method and into which the transceiver electroacoustic transducers are also mounted by the proposed method, sharply reduces the accuracy of determining the flow rate of the controlled medium, since the sounding of the medium flow is made in a straight line passing through the axis of the pipe.

Известен датчик ультразвукового расходомера (а.с. СССР №1714372, кл. G 01 F 1/66, БИ №7, 1992), содержащий мерный участок трубопровода с двумя электроакустическими преобразователями, установленными на входной и выходной части мерного участка, отражатели, установленные на внутренней поверхности мерного участка и выполненные в виде цилиндрических вставок, имеющих плоские отражающие основания, цилиндрические вставки снабжены кольцевыми уплотнениями и установлены в корпус мерного участка с зазором, причем высота цилиндрических вставок кратна длине волны λ в материале вставки, на основаниях вставок, противоположных отражающим, выполнены прямоугольные пазы, глубина, ширина и шаг которых кратны λ, при этом пазы расположены перпендикулярно продольной оси мерного участка.A known sensor of an ultrasonic flow meter (AS USSR No. 1714372, class G 01 F 1/66, BI No. 7, 1992) containing a measuring section of the pipeline with two electro-acoustic transducers installed on the input and output parts of the measuring section, reflectors installed on the inner surface of the measuring section and made in the form of cylindrical inserts having flat reflective bases, the cylindrical inserts are provided with ring seals and are installed in the housing of the measuring section with a gap, and the height of the cylindrical inserts is a multiple of the length waves λ in the insert material, on the bases of the inserts opposite the reflective, rectangular grooves are made, the depth, width and pitch of which are multiple of λ, while the grooves are located perpendicular to the longitudinal axis of the measuring section.

Данный датчик расходомера так же, как и заявляемая врезная секция ультразвукового расходомера, содержит два приемопередающих электроакустических преобразователя и отрезок трубы, в котором выполнены два сквозных отверстия, в которые вмонтированы приемопередающие электроакустические преобразователи. Однако отсутствие ориентации излучающей плоскости каждого приемопередающего электроакустического преобразователя под углом α к его продольной оси, установки приемопередающих электроакустических преобразователей так, что центры их излучающих плоскостей находятся на одном уровне с внутренней поверхностью трубы и ориентированы относительного друг друга таким образом, чтобы между ними существовала акустическая связь (под указанными углами), резко снижает точность определения расхода контролируемой среды, так как зондирование потока среды производится по прямым, лежащим в осевой плоскости трубы.This flowmeter sensor, like the claimed mortise section of an ultrasonic flowmeter, contains two transceiver electroacoustic transducers and a pipe section in which two through holes are made into which transceiver electroacoustic transducers are mounted. However, the lack of orientation of the emitting plane of each transceiver electroacoustic transducer at an angle α to its longitudinal axis, the installation of transceiver electroacoustic transducers so that the centers of their radiating planes are at the same level with the inner surface of the pipe and are oriented relative to each other so that there is acoustic coupling between them (at the indicated angles), sharply reduces the accuracy of determining the flow rate of the controlled medium, since the sensing the medium is produced in a straight line lying in the axial plane of the pipe.

Наиболее близкой к заявленной является врезная секция ультразвукового расходомера (патент Украины №36757 А, кл. G 01 F 1/66, БИ №3, 2001), которая состоит из двух приемопередающих датчиков, излучающая поверхность которых ориентирована по нормали к продольной оси, двух зеркал и отрезка трубы с внутренним диаметром D, в обеих стенках которого вдоль осевой линии на расстоянии 3·L друг от друга выполнены два сквозных отверстия, в отверстия на одной стороне трубы вмонтированы датчики, а на другой стороне - зеркала, которые соответствующим образом сориентированы для обеспечения акустической связи между датчиками по трем хордам, не лежащим в одной плоскости, при этом сквозные отверстия выполнены так, что их геометрические оси пересекаются в центре трубы под углом γ, а центры зеркал выступают на высоту Δ над внутренней поверхностью трубы.Closest to the claimed is a mortise section of an ultrasonic flow meter (Ukrainian patent No. 36757 A, class G 01 F 1/66, BI No. 3, 2001), which consists of two transceiver sensors, the emitting surface of which is oriented normal to the longitudinal axis, two mirrors and a pipe segment with an inner diameter D, in both walls of which two through holes are made along the axial line at a distance of 3 · L from each other, sensors are mounted in the holes on one side of the pipe, and mirrors that are oriented accordingly They are designed to provide acoustic coupling between the sensors along three chords that do not lie in the same plane, while the through holes are made so that their geometric axes intersect in the center of the pipe at an angle γ, and the centers of the mirrors protrude to a height Δ above the inner surface of the pipe.

Данная врезная секция ультразвукового расходомера так же, как и заявляемая врезная секция ультразвукового расходомера, содержит два приемопередающих электроакустических преобразователя (приемопередающих датчика) и отрезок трубы, в котором выполнены два сквозных отверстия, в которые вмонтированы приемопередающие электроакустические преобразователи, акустическая связь между которыми осуществляется по трем хордам, не лежащим в одной плоскости. Однако отсутствие ориентации излучающей плоскости каждого приемопередающего электроакустического преобразователя под углом α к его продольной оси, установки приемопередающих электроакустических преобразователей так, что центры их излучающих плоскостей находятся на одном уровне с внутренней поверхностью трубы и ориентированы относительного друг друга таким образом, чтобы между ними существовала акустическая связь, ведет к усложнению известной врезной секции ультразвукового расходомера и ухудшает отношение сигнал/шум в измерительном сигнале.This mortise section of an ultrasonic flow meter, like the claimed mortise section of an ultrasonic flow meter, contains two transceiver electroacoustic transducers (transceiver sensors) and a pipe section in which two through holes are made, into which transceiver electroacoustic transducers are mounted, acoustic communication between which is carried out in three chords not lying in the same plane. However, the lack of orientation of the emitting plane of each transceiver electroacoustic transducer at an angle α to its longitudinal axis, the installation of transceiver electroacoustic transducers so that the centers of their emitting planes are at the same level with the inner surface of the pipe and are oriented relative to each other so that there is acoustic coupling between them leads to the complication of the known mortise section of an ultrasonic flow meter and degrades the signal-to-noise ratio in the meter SG signal.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача упрощения конструкции врезной секции ультразвукового расходомера при одновременном улучшении отношения сигнал/шум в измерительном сигнале.The basis of the invention is the task of simplifying the design of the mortise section of an ultrasonic flow meter while improving the signal-to-noise ratio in the measuring signal.

Поставленная задача решается тем, что в известной врезной секции ультразвукового расходомера, состоящей из двух приемопередающих электроакустических преобразователей и отрезка трубы, в котором вдоль образующей на заданном расстоянии относительно друг друга выполнены два сквозных отверстия, оси которых перпендикулярны к оси трубы и в которые вмонтированы приемопередающие электроакустические преобразователи с обеспечением акустической связи между ними по трем хордам, не лежащим в одной плоскости, установленные так, что центры их излучающих плоскостей находятся на одном уровне с внутренней поверхностью трубы, согласно изобретению излучающая плоскость каждого приемопередающего электроакустического преобразователя расположена под углом α к его продольной оси, лежащим в диапазоне от 30° до 60°, а приемопередающие электроакустические преобразователи ориентированы относительно друг друга таким образом, чтобы между ними существовала акустическая связь, при этом проекция нормали к излучающей плоскости каждого приемопередающего электроакустического преобразователя на горизонтальную плоскость, проходящую через ось трубы, образует угол β по отношению к оси трубы:The problem is solved in that in the known mortise section of an ultrasonic flow meter, consisting of two transceiver electroacoustic transducers and a pipe segment, in which along the generatrix two through holes are made along a generatrix at a predetermined distance relative to each other, whose axes are perpendicular to the pipe axis and into which transceiver electroacoustic are mounted transducers with acoustic communication between them along three chords not lying in the same plane, mounted so that their centers receiving planes are flush with the inner surface of the pipe, according to the invention, the emitting plane of each transceiver electroacoustic transducer is located at an angle α to its longitudinal axis lying in the range from 30 ° to 60 °, and the transceiver electroacoustic transducers are oriented relative to each other so that there was an acoustic connection between them, while the projection of the normal to the emitting plane of each transceiver electroacoustic transducer and the horizontal plane passing through the axis of the pipe forms an angle β with respect to the axis of the pipe:

Figure 00000002
Figure 00000002

а расстояние R между центрами сквозных отверстий выбрано по соотношениюand the distance R between the centers of the through holes is selected by the ratio

Figure 00000003
Figure 00000003

где D - внутренний диаметр отрезка трубы, L - расстояние вдоль осевой линии трубы между центрами двух отражающих областей на внутренней поверхности трубы или же центром области отражения и осью пьезоэлектрического преобразователя.where D is the inner diameter of the pipe segment, L is the distance along the axial line of the pipe between the centers of the two reflective regions on the inner surface of the pipe or the center of the reflection region and the axis of the piezoelectric transducer.

Введение во врезную секцию ультразвукового расходомера ориентации излучающей плоскости каждого приемопередающего электроакустического преобразователя под углом α к его продольной оси, лежащим в диапазоне от 30° до 60°, выбора расстояния между центрами отверстий по соотношению

Figure 00000004
, позволяет упростить конструкцию за счет исключения двух зеркал, которые к тому же должны быть определенным образом ориентированы относительно друг друга, а также увеличить отношение сигнал/шум в измерительном сигнале за счет исключения двух отражений акустического сигнала от зеркал. Каждое отражение акустического сигнала от зеркала сопровождается потерями энергии, что ухудшает отношение сигнал/шум в измерительном тракте и приводит к обеднению высокочастотных составляющих в спектре сигнала, что затрудняет фиксацию положения сигнала на временной оси. Кроме того, исключение зеркал ведет к исключению на трассе распространения акустического сигнала двух "пассивных" участков (от соответствующего датчика до ближайшего зеркала на противоположной стороне трубы), ориентированных по нормали к вектору скорости потока, на которых скорость потока среды, расход которой измеряется, никак не влияет на скорость распространения акустического сигнала и которые поэтому для измерений являются бесполезными, но свой вклад в затухание сигнала вносят.The introduction into the mortise section of the ultrasonic flowmeter of the orientation of the emitting plane of each transceiver electroacoustic transducer at an angle α to its longitudinal axis lying in the range from 30 ° to 60 °, the choice of the distance between the centers of the holes by the ratio
Figure 00000004
, allows to simplify the design by eliminating two mirrors, which should also be oriented in a certain way relative to each other, and also to increase the signal-to-noise ratio in the measuring signal by eliminating two reflections of the acoustic signal from the mirrors. Each reflection of the acoustic signal from the mirror is accompanied by energy losses, which worsens the signal-to-noise ratio in the measuring path and leads to depletion of high-frequency components in the signal spectrum, which makes it difficult to fix the signal position on the time axis. In addition, the exclusion of mirrors leads to the exclusion on the propagation path of the acoustic signal of two "passive" sections (from the corresponding sensor to the nearest mirror on the opposite side of the pipe) oriented normal to the flow velocity vector at which the flow rate of the medium whose flow rate is measured is in no way does not affect the propagation speed of the acoustic signal and which are therefore useless for measurements, but they contribute to the attenuation of the signal.

На чертежах приведеныThe drawings show

фиг.1 - разрез заявляемой врезной секции плоскостью, проходящей через ось трубы и образующую цилиндрической поверхности трубы, по которой выполнены отверстия в трубе;figure 1 is a section of the inventive mortise section by a plane passing through the axis of the pipe and forming a cylindrical surface of the pipe along which holes are made in the pipe;

фиг.2 - разрез заявляемой врезной секции осевой плоскостью, перпендикулярной осям отверстий, в которые вмонтированы приемопередающие электроакустические преобразователи;figure 2 is a section of the inventive mortise section axial plane perpendicular to the axes of the holes in which are mounted transceiver electro-acoustic transducers;

фиг.3 - поперечное сечение трубы, на котором показаны проекции трассы распространения ультразвукового сигнала между первым и вторым приемопередающими электроакустическими преобразователями;figure 3 is a cross section of a pipe, which shows the projection of the propagation path of the ultrasonic signal between the first and second transceiver electro-acoustic transducers;

фиг.4 - общий вид приемопередающего электроакустического преобразователя;4 is a General view of the transceiver electro-acoustic transducer;

фиг.5 - поперечное сечение приемопередающего элемента электроакустического преобразователя.5 is a cross section of a transceiver element of an electro-acoustic transducer.

Врезная секция ультразвукового расходомера (фиг.1) содержит отрезок трубы 1, первое 2 и второе 3 сквозные отверстия в отрезке трубы 1, расстояние между центрами которых составляет R, первый 4 и второй 5 приемопередающие электроакустические преобразователи, которые вмонтированы соответственно в первое 2 и второе 3 сквозные отверстия.The mortise section of the ultrasonic flow meter (figure 1) contains a pipe segment 1, first 2 and second 3 through holes in the pipe segment 1, the distance between the centers of which is R, the first 4 and second 5 transceiver electroacoustic transducers, which are mounted respectively in the first 2 and second 3 through holes.

Излучающая плоскость каждого приемопередающего электроакустического преобразователя 4 и 5 ориентирована под углом α к его продольной оси. Приемопередающие электроакустические преобразователи 4 и 5 установлены таким образом, что центры их излучающих плоскостей находятся на одном уровне с внутренней поверхностью отрезка трубы 1 и ориентированы относительного друг друга таким образом, чтобы между ними существовала акустическая связь по трем хордам, не лежащим в одной плоскости. Для обеспечения существования акустической связи приемопередающие электроакустические преобразователи 4 и 5 установлены таким образом, что их диаграммы направленности ориентированы встречно друг другу, а проекция нормали к излучающей плоскости каждого из них на горизонтальную плоскость, проходящую через ось трубопровода, образует угол β по отношению к оси трубопровода.The radiating plane of each transceiver electroacoustic transducer 4 and 5 is oriented at an angle α to its longitudinal axis. The transceiver electroacoustic transducers 4 and 5 are installed in such a way that the centers of their radiating planes are at the same level with the inner surface of the pipe segment 1 and are oriented relative to each other so that there is an acoustic connection between them along three chords that do not lie in the same plane. To ensure the existence of acoustic coupling, transceiver electroacoustic transducers 4 and 5 are installed in such a way that their radiation patterns are oriented opposite to each other, and the projection of the normal to the emitting plane of each of them on a horizontal plane passing through the axis of the pipeline forms an angle β with respect to the axis of the pipeline .

На фиг.1 показаны также патрубки 6 и 7, области 8 и 9 на внутренней поверхности отрезка трубы 1, в которых происходит переизлучение сигнала и фланцы 10 и 11.Figure 1 also shows the nozzles 6 and 7, the region 8 and 9 on the inner surface of the pipe segment 1, in which there is a re-emission of the signal and the flanges 10 and 11.

Патрубки 6 и 7 предназначены для предотвращения механических повреждений электроакустических преобразователей 4 и 5, они жестко соединены с отрезком трубы 1 (например, электросваркой). Патрубок 6 установлен так, что приемопередающий электроакустический преобразователь 4 находится внутри его, а патрубок 7 установлен так, что приемопередающий электроакустический преобразователь 5 находится внутри его.Pipes 6 and 7 are designed to prevent mechanical damage to electro-acoustic transducers 4 and 5, they are rigidly connected to a pipe segment 1 (for example, by electric welding). The pipe 6 is installed so that the transceiver electro-acoustic transducer 4 is located inside it, and the pipe 7 is installed so that the transceiver electro-acoustic transducer 5 is inside it.

На фиг.1 область 9 показана условно, так как в действительности она, как показано на фиг.2, находится на противоположной (ближней) стороне отрезка трубы 1.In Fig. 1, region 9 is shown conditionally, since in reality it, as shown in Fig. 2, is on the opposite (near) side of the pipe segment 1.

Для облегчения монтажа в трубопровод врезная секция может быть оснащена фланцами 10 и 11 (по краям отрезка трубы 1).To facilitate installation in the pipeline, the mortise section can be equipped with flanges 10 and 11 (along the edges of the pipe section 1).

Известны времяимпульсные расходомеры, позволяющие определить скорость потока V жидкости в трубопроводе на основании измерений времени распространения ультразвуковых колебаний по потоку жидкости и против него (см., например, книгу А.Ш.Киясбейли, А.М.Измайлов, В.М.Гуревич. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. Москва, "Машиностроение", 1984 г.). Расход жидкости Q (м3/час) вычисляется путем умножения оценки скорости потока жидкости V (м/с) на константу 3600·S, где S - площадь внутреннего сечения трубы (м2), а 3600 - число секунд в часе. Преимуществами расходомеров этого типа являются продолжительный срок службы ввиду отсутствия движущихся частей, а также приемлемая погрешность в широком диапазоне расходов. В составе указанных времяимпульсных расходомеров используют в качестве датчиков врезные секции, которые представляют собой снабженный фланцами отрезок трубы, в котором при изготовлении жестко закреплена пара пьезоэлектрических преобразователей. Диаграммы направленности пьезоэлектрических преобразователей ориентированы встречно друг другу.Time-pulse flow meters are known that make it possible to determine the fluid flow rate V in a pipeline based on measurements of the propagation time of ultrasonic vibrations along and against the fluid flow (see, for example, the book by A.Sh. Kiyasbeyli, A.M. Izmaylov, V.M. Gurevich. Time-frequency ultrasonic flow meters and counters. Moscow, "Engineering", 1984). The fluid flow rate Q (m 3 / h) is calculated by multiplying the estimate of the fluid flow rate V (m / s) by the constant 3600 · S, where S is the internal cross-sectional area of the pipe (m 2 ), and 3600 is the number of seconds per hour. The advantages of this type of flow meter are its long service life due to the absence of moving parts, as well as an acceptable error in a wide range of flow rates. As part of the indicated time-pulse flow meters, mortise sections are used as sensors, which are a flanged pipe section in which a pair of piezoelectric transducers is rigidly fixed during manufacture. The radiation patterns of piezoelectric transducers are oriented counter to each other.

Известны врезные секции, в которых пьезоэлектрические преобразователи расположены на одной и той же либо на диаметрально противоположных сторонах трубы со взаимным сдвигом вдоль продольной оси (см. стр.44-46, фиг.23 книги А.Ш.Киясбейли, A.M.Измайлов, В.М.Гуревич. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. Москва, "Машиностроение", 1984 г.). В этих врезных секциях ультразвуковой луч на пути от передающего пьезоэлектрического преобразователя до пьезоэлектрического преобразователя-приемника пересекает поток жидкости в диаметральном сечении один или несколько раз (с переотражениями от внутренней поверхности трубы). Недостатком врезных секций этого типа является сравнительно низкая точность измерения средней скорости потока, обусловленная тем, что усреднение выполняется не по двумерному полю скоростей (по всей площади поперечного сечения трубы), а только по линии диаметрального сечения. Поэтому измерения сопровождаются гидродинамической погрешностью, величина которой изменяется в зависимости от скорости потока, шероховатости внутренних стенок трубы и т.д.Mortise sections are known in which piezoelectric transducers are located on the same or on diametrically opposite sides of the pipe with a mutual shift along the longitudinal axis (see pages 44-46, Fig. 23 of the book by A.Sh. Kiyasbeyli, AMizmaylov, V. M. Gurevich, Time-frequency ultrasonic flow meters and counters. Moscow, "Mechanical Engineering", 1984). In these mortise sections, an ultrasonic beam crosses the fluid flow in the diametric section one or more times (with reflections from the inner surface of the pipe) on the way from the transmitting piezoelectric transducer to the piezoelectric transducer-receiver. The disadvantage of mortise sections of this type is the relatively low accuracy of measuring the average flow rate, due to the fact that averaging is performed not over a two-dimensional velocity field (over the entire cross-sectional area of the pipe), but only along the line of the diametrical section. Therefore, the measurements are accompanied by a hydrodynamic error, the value of which varies depending on the flow rate, the roughness of the inner walls of the pipe, etc.

Известно, что для осесимметричных потоков жидкости гидродинамическая погрешность может быть устранена практически полностью, если зондирование выполнять по хорде, которая пересекает трубу с удалением от центра трубы на половину радиуса. Если же нет уверенности в осесимметричном характере потока, рекомендуется выполнять зондирование потока жидкости по нескольким хордам, не лежащим в одной плоскости. Такое зондирование (по нескольким хордам) при использовании только одной пары приемопередающих пьезоэлектрических преобразователей можно обеспечить, если использовать переотражения ультразвукового луча в трубе (см. фиг.24, 25 на стр.47 упомянутой выше книги авторов А.Ш.Киясбейли и др.).It is known that for axisymmetric fluid flows, the hydrodynamic error can be eliminated almost completely if sounding is performed along the chord that crosses the pipe with a half radius from the center of the pipe. If there is no confidence in the axisymmetric nature of the flow, it is recommended to probe the fluid flow along several chords that do not lie in the same plane. Such sounding (for several chords) when using only one pair of transceiver piezoelectric transducers can be achieved if re-reflections of the ultrasound beam in the pipe are used (see Figs. 24, 25 on page 47 of the book by A.Sh. Kiyasbeyli and others) .

Принцип действия врезной секции ультразвукового расходомера состоит в следующем.The principle of operation of the mortise section of an ultrasonic flow meter is as follows.

Трасса распространения акустического сигнала показана на фиг.1 и 2. При измерении времени распространения сигнала в одном направлении (например, по потоку жидкости) излученный пьезоэлектрическим преобразователем 4 ультразвуковой сигнал сквозь жидкость распространяется к области 8, отражается от металла в направлении к области 9. От области 9 сигнал отражается в направлении пьезоэлектрического преобразователя 5, который его принимает. При измерении времени распространения сигнала в другом направлении (против потока жидкости) излученный пьезоэлектрическим преобразователем 5 ультразвуковой сигнал сквозь жидкость распространяется к области 9, отражается от металла в направлении к области 8. От области 8 сигнал отражается в направлении пьезоэлектрического преобразователя 4, который его принимает.The propagation path of the acoustic signal is shown in Figs. 1 and 2. When measuring the propagation time of the signal in one direction (for example, along the liquid flow), the ultrasonic signal emitted by the piezoelectric transducer 4 propagates through the liquid to region 8, and is reflected from the metal in the direction to region 9. From region 9, the signal is reflected in the direction of the piezoelectric transducer 5, which receives it. When measuring the propagation time of the signal in the other direction (against the fluid flow), the ultrasonic signal emitted by the piezoelectric transducer 5 propagates through the liquid to region 9, is reflected from the metal in the direction to region 8. From region 8, the signal is reflected in the direction of the piezoelectric transducer 4, which receives it.

На фиг.4 дан эскиз пьезоэлектрических преобразователей, используемых в заявляемой врезной секции. Излучающая поверхность каждого пьезоэлектрического преобразователя ориентирована под углом α к его продольной оси (см. фиг.5), величина которого выбирается в пределах от 30° до 60°.Figure 4 is a sketch of the piezoelectric transducers used in the inventive mortise section. The radiating surface of each piezoelectric transducer is oriented at an angle α to its longitudinal axis (see figure 5), the value of which is selected in the range from 30 ° to 60 °.

Угол α - параметр конструкции пьезоэлектрического преобразователя - определяет расстояние между сквозными отверстиями во врезной секции и, следовательно, ее длину.The angle α, the design parameter of the piezoelectric transducer, determines the distance between the through holes in the mortise section and, therefore, its length.

Проекция на поперечное сечение трубы трассы распространения ультразвукового сигнала между первым 4 и вторым 5 пьезоэлектрическими преобразователями (см. фиг.3) представляет собой равносторонний треугольник, то есть зондирование потока жидкости в обоих направлениях выполняется по трем хордам. Проекция на ось трубы расстояния между центрами двух отражающих областей на внутренней поверхности трубы или же центром области отражения и осью пьезоэлектрического преобразователя на фиг.1 обозначена L и равна

Figure 00000005
где D - внутренний диаметр отрезка трубы врезной секции ультразвукового расходомера.The projection onto the pipe cross section of the ultrasonic signal propagation path between the first 4 and second 5 piezoelectric transducers (see FIG. 3) is an equilateral triangle, that is, the sounding of the fluid flow in both directions is performed in three chords. The projection onto the pipe axis of the distance between the centers of two reflecting regions on the inner surface of the pipe or the center of the reflection region and the axis of the piezoelectric transducer in Fig. 1 is indicated by L and is equal to
Figure 00000005
where D is the inner diameter of the pipe section of the mortise section of the ultrasonic flow meter.

На фиг.2 показана взаимная ориентация пьезоэлектрических преобразователей 4 и 5, которые должны быть установлены в трубу так, чтобы максимумы их диаграмм направленности были направлены навстречу друг другу под углами β к продольной оси трубы для обеспечения акустической связи между ними, при этом угол β определяется по формуле

Figure 00000006
.Figure 2 shows the relative orientation of the piezoelectric transducers 4 and 5, which must be installed in the pipe so that the maxima of their radiation patterns are directed towards each other at angles β to the longitudinal axis of the pipe to provide acoustic coupling between them, while the angle β is determined according to the formula
Figure 00000006
.

Юстировка врезной секции ультразвукового расходомера обеспечивается путем поворота датчиков 4 и 5 вокруг продольной оси.Adjustment of the mortise section of the ultrasonic flowmeter is ensured by turning the sensors 4 and 5 around the longitudinal axis.

Claims (1)

Врезная секция ультразвукового расходомера, состоящая из двух приемопередающих электроакустических преобразователей и отрезка трубы, в котором вдоль образующей на заданном расстоянии относительно друг друга выполнены два сквозных отверстия, оси которых перпендикулярны оси трубы и в которые вмонтированы приемопередающие электроакустические преобразователи с обеспечением акустической связи между ними по трем хордам, не лежащим в одной плоскости, установленные так, что центры их излучающих плоскостей находятся на одном уровне с внутренней поверхностью трубы, отличающаяся тем, что излучающая плоскость каждого приемопередающего электроакустического преобразователя расположена под углом α к его продольной оси, лежащим в диапазоне от 30 до 60°, а приемопередающие электроакустические преобразователи ориентированы относительного друг друга таким образом, чтобы между ними существовала акустическая связь, при этом проекция нормали к излучающей плоскости каждого приемопередающего электроакустического преобразователя на горизонтальную плоскость, проходящую через ось трубы, образует угол β по отношению к оси трубы:The mortise section of the ultrasonic flowmeter, consisting of two transceiver electroacoustic transducers and a pipe segment, in which two through holes are made along the generatrix at a predetermined distance relative to each other, the axes of which are perpendicular to the pipe axis and into which transceiver electroacoustic transducers are mounted to provide acoustic coupling between them in three chords not lying in the same plane, set so that the centers of their radiating planes are at the same level with the inner the outer surface of the pipe, characterized in that the emitting plane of each transceiver electroacoustic transducer is located at an angle α to its longitudinal axis lying in the range from 30 to 60 °, and the transceiver electroacoustic transducers are oriented relative to each other so that there is an acoustic connection between them, the projection of the normal to the emitting plane of each transceiver electroacoustic transducer on a horizontal plane passing through the axis t pipe, forms an angle β with respect to the axis of the pipe:
Figure 00000007
Figure 00000007
а расстояние R между центрами сквозных отверстий выбрано по соотношениюand the distance R between the centers of the through holes is selected by the ratio
Figure 00000008
Figure 00000008
где D - внутренний диаметр отрезка трубы, L - проекция на ось трубы расстояния между осью пьезоэлектрического преобразователя и центром отражающей области на внутренней поверхности трубы.where D is the inner diameter of the pipe segment, L is the projection on the pipe axis of the distance between the axis of the piezoelectric transducer and the center of the reflecting region on the inner surface of the pipe.
RU2004102383/28A 2004-01-29 2004-01-29 Cut in section of ultrasound flowmeter RU2277700C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102383/28A RU2277700C2 (en) 2004-01-29 2004-01-29 Cut in section of ultrasound flowmeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102383/28A RU2277700C2 (en) 2004-01-29 2004-01-29 Cut in section of ultrasound flowmeter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004102383A RU2004102383A (en) 2005-07-10
RU2277700C2 true RU2277700C2 (en) 2006-06-10

Family

ID=35837786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004102383/28A RU2277700C2 (en) 2004-01-29 2004-01-29 Cut in section of ultrasound flowmeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2277700C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565222C1 (en) * 2014-05-05 2015-10-20 Сергей Валерьевич Сараев Device to measure fluid medium speed in pipeline
RU2602558C1 (en) * 2015-08-25 2016-11-20 Анатолий Георгиевич Малюга Device for remote control of solution parameters in a chute of a drilling unit
RU2737053C1 (en) * 2020-05-12 2020-11-24 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" Pipe joint

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КИЯСБЕЙЛИ А.Ш. и др. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. М., "Машиностроение", 1984, с.44-48. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565222C1 (en) * 2014-05-05 2015-10-20 Сергей Валерьевич Сараев Device to measure fluid medium speed in pipeline
RU2602558C1 (en) * 2015-08-25 2016-11-20 Анатолий Георгиевич Малюга Device for remote control of solution parameters in a chute of a drilling unit
RU2737053C1 (en) * 2020-05-12 2020-11-24 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" Pipe joint

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004102383A (en) 2005-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4103551A (en) Ultrasonic measuring system for differing flow conditions
CN110199179B (en) Ultrasonic flowmeter and method for detecting a throughflow parameter
EP1742024B1 (en) Ultrasonic flowmeter with triangular cross section
US20230243683A1 (en) Flowmeter and method for meausuring the flow of a fluid
RU2637381C2 (en) Ultrasonic waveguide
US20220042836A1 (en) Ultrasonic Flow Meter Flow Control
US10890471B2 (en) Method and assembly for ultrasonic clamp-on flow measurement, and bodies for implementing off-center flow measurement
JP2002520583A (en) Multi-code flow meter
RU2277700C2 (en) Cut in section of ultrasound flowmeter
JP4939907B2 (en) Ultrasonic flow meter for gas
EP1439377A2 (en) Ultrasound flow meter using a parabolic reflecting surface
RU2649421C1 (en) Ultrasonic flowmeter with metal sensor
US11619528B2 (en) Ultrasonic flow measuring device having a wall thickness being less in the area of the phased array ultrasonic transducer contact area
RU2715086C1 (en) Ultrasonic flowmeter
JP2008107288A (en) Ultrasonic flowmeter
RU172103U1 (en) ULTRASONIC FLOW METER WITH METAL SENSOR
RU2375682C1 (en) Ultrasonic flowmetre sensor
JP4496258B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP2000065613A (en) Ultrasonic flowmeter
JPH0688738A (en) Ultrasonic wave flowmeter
RU2780963C1 (en) Ultrasonic gas flow meter
JP3857373B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP2007178244A (en) Ultrasonic flowmeter and wedge therefor
KR100460258B1 (en) Ultrasonic wave flow measuring method & device
CN110799808B (en) Apparatus and method for ultrasonic flow measurement

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20050901

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20051118

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200130