RU2422777C1 - Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation - Google Patents
Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422777C1 RU2422777C1 RU2010102969/28A RU2010102969A RU2422777C1 RU 2422777 C1 RU2422777 C1 RU 2422777C1 RU 2010102969/28 A RU2010102969/28 A RU 2010102969/28A RU 2010102969 A RU2010102969 A RU 2010102969A RU 2422777 C1 RU2422777 C1 RU 2422777C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- partition
- electro
- pipeline
- ultrasonic
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к ультразвуковым способам измерения расхода жидких и/или газообразных сред и устройствам для его осуществления.The invention relates to measuring equipment, in particular to ultrasonic methods for measuring the flow rate of liquid and / or gaseous media and devices for its implementation.
Известен ультразвуковой частотно-импульсный способ измерения расхода, заключающийся в образовании в одном измерительном канале двух синхроколец, включающих излучение ультразвуковых колебаний по потоку измеряемой среды и против него, прием прошедших среду колебаний и преобразование их в электрический сигнал, причем в каждом синхрокольце электрические сигналы передаются по линии связи, измерение частоты следования сигналов в каждом синхрокольце и определение величины расхода производят по разности измеренных частот (см. пат. РФ №2104498, кл. G01F 1/66, от 16.02.03).A known ultrasonic frequency-pulse method of measuring flow, which consists in the formation of two synchro-rings in one measuring channel, including the emission of ultrasonic vibrations along the flow of the measured medium and against it, receiving the vibrations transmitted through the medium and converting them into an electrical signal, and in each synchro-ring, electric signals are transmitted via communication lines, measuring the signal repetition rate in each sync ring and determining the flow rate is carried out by the difference of the measured frequencies (see US Pat. RF No. 2104498 , CL G01F 1/66, dated 02.16.03).
Однако известный способ не обеспечивает достаточную точность измерения среды, так как измерение производится лишь по результатам анализа электрических сигналов, преобразованных от ультразвуковых колебаний, прошедших напрямую от преобразователя к преобразователю, что снижает функциональные возможности способа и не дает определение скорости потока в разных точках сечения трубы.However, the known method does not provide sufficient accuracy of the measurement of the medium, since the measurement is carried out only according to the results of the analysis of electrical signals converted from ultrasonic vibrations transmitted directly from the transducer to the transducer, which reduces the functionality of the method and does not determine the flow velocity at different points of the pipe section.
Известен ультразвуковой частотно-импульсный расходомер, содержащий преобразователь расхода, выполненный в виде двух электроакустических преобразователей, установленных на измерительном участке трубопровода и связанных с электронным блоком линией связи, а также асинхронные переключатели, установленные параллельно входу и выходу линии связи (см. пат. РФ №2104498, кл. G01P 1/66, от 16.02.03)Known ultrasonic pulse-frequency flow meter containing a flow transducer made in the form of two electro-acoustic transducers installed on the measuring section of the pipeline and connected to the electronic unit by a communication line, as well as asynchronous switches installed parallel to the input and output of the communication line (see US Pat. RF No. 2104498, CL G01P 1/66, dated 02.16.03)
Однако известное устройство не обеспечивает достаточную точность измерения расхода среды, так как не дает определение скорости в разных точках сечения трубы.However, the known device does not provide sufficient accuracy for measuring the flow rate of the medium, since it does not determine the speed at different points of the cross section of the pipe.
Известен ультразвуковой расходомер, содержащий первый и второй пьезоизлучатели, установленные на измерительном участке трубопровода под углом к его оси, усилитель мощности, через первый умножитель частоты соединенный со вторым пьезоизлучателем, генератор непрерывных колебаний, два фильтра, первый фазовращатель, соединенный с первым входом фазометра, второй умножитель частоты, соединенный со вторым входом фазометра, выход которого соединен с индикатором, первый и второй пьезоприемники, первый и второй усилители ограничители, второй фазовращатель, модулятор и генератор прямоугольных импульсов (см. авт.св. СССР №1599659, кл. G01F 1/66, 22.09.87).A known ultrasonic flow meter containing the first and second piezo emitters installed on the measuring section of the pipeline at an angle to its axis, a power amplifier, through the first frequency multiplier connected to the second piezo emitter, a continuous oscillator, two filters, the first phase shifter connected to the first input of the phase meter, the second a frequency multiplier connected to the second input of the phase meter, the output of which is connected to an indicator, the first and second piezoelectric receivers, the first and second amplifiers limiters, the second zovraschatel, a modulator and a rectangular pulse generator (see. USSR SU, №1599659, cl. G01F 1/66, 22.09.87).
Однако и это известное устройство не обеспечивает высокую точность измерения расхода среды, так как измерение производится только по одному пути прохождения ультразвуковых колебаний в измерительном участке трубопровода и не производится по другим участкам. Поэтому не обеспечивается измерение эпюры скорости потока по сечению трубы.However, this known device does not provide high accuracy of measuring the flow rate of the medium, since the measurement is carried out only on one path of ultrasonic vibrations in the measuring section of the pipeline and is not performed on other sections. Therefore, measurement of the flow velocity diagram over the pipe cross section is not provided.
Кроме того, в известных технических решениях оси диаграмм направленности ультразвуковых излучателей не перпендикулярны к продольной оси трубопровода, а внешние излучающие поверхности не совмещены с внутренней поверхностью трубопровода. Это приводит к искажению профиля потока и накапливанию загрязнения на поверхностях ультразвуковых приемопередатчиков.In addition, in the known technical solutions, the axes of the radiation patterns of ultrasonic emitters are not perpendicular to the longitudinal axis of the pipeline, and the external radiating surfaces are not aligned with the inner surface of the pipeline. This leads to distortion of the flow profile and the accumulation of contamination on the surfaces of ultrasonic transceivers.
По технической сущности наиболее близким к предложенному способу является способ измерения расхода жидких и/или газообразных сред, характеризующийся тем, что он включает излучение ультразвуковых колебаний по потоку или против потока измеряемой среды, прием прошедших среду колебаний с преобразованием в электрические сигналы и излучение ультразвуковых колебаний против потока или по потоку измеряемой среды, прием прошедших среду колебаний с последующим преобразованием в электрические сигналы, анализ вышеуказанных электрических сигналов для определения разности времен прохождения ультразвуковых колебаний по потоку и против него для вычисления расхода среды, при этом используют как минимум два обратимых электроакустических преобразователя, каждый из которых имеет диаграмму направленности с углом раствора не менее 60° в разных плоскостях сечения и расположен на измерительном участке трубопровода таким образом, что ось диаграммы направленности преимущественно перпендикулярна к продольной оси трубопровода, первый обратимый электроакустический преобразователь смещен относительно второго по направлению потока на расстояние не более 2.5 D, где D - диаметр трубопровода, причем вышеупомянутый анализ производят как электрических сигналов, преобразованных от ультразвуковых колебаний, прошедших напрямую от преобразователя к преобразователю, так и/или электрических сигналов - от ультразвуковых колебаний, прошедших через однократное и/или многократное отражение от внутренней поверхности трубопровода (см. международную заявку PCT/RU 2003/000091 от 03.03.2005).By technical nature, the closest to the proposed method is a method for measuring the flow rate of liquid and / or gaseous media, characterized in that it includes the emission of ultrasonic vibrations in the flow or against the flow of the measured medium, the reception of transmitted vibrations with conversion into electrical signals and radiation of ultrasonic vibrations against the flow or the flow of the measured medium, receiving vibrations that have passed through the medium, followed by conversion into electrical signals, analysis of the above electrical signals fishing to determine the difference in the transit times of ultrasonic vibrations along the flow and against it to calculate the flow rate of the medium, at least two reversible electro-acoustic transducers are used, each of which has a radiation pattern with a solution angle of at least 60 ° in different section planes and is located on the measuring section the pipeline so that the axis of the radiation pattern is predominantly perpendicular to the longitudinal axis of the pipeline, the first reversible electro-acoustic transducer is relative to the second one in the direction of flow at a distance of no more than 2.5 D, where D is the diameter of the pipeline, and the above analysis is performed both of electrical signals converted from ultrasonic vibrations that passed directly from the transducer to the transducer, and / or electrical signals from ultrasonic vibrations, passing through a single and / or multiple reflection from the inner surface of the pipeline (see international application PCT / RU 2003/000091 dated 03.03.2005).
Однако данный способ не позволяет сместить один электроакустический преобразователь относительно второго по направлению потока на расстояние более 2.5 D, где D - диаметр трубопровода, и, как следствие, не обеспечивает достаточную точность измерения малых расходов на трубопроводах малого диаметра, тем самым не обеспечивает достаточный динамический диапазон измеряемых расходов с приемлемой точностью.However, this method does not allow you to move one electro-acoustic transducer relative to the second in the direction of flow by a distance of more than 2.5 D, where D is the diameter of the pipeline, and, as a result, does not provide sufficient accuracy for measuring small flows in pipelines of small diameter, thereby not providing a sufficient dynamic range measurable costs with reasonable accuracy.
По технической сущности наиболее близким к предложенному устройству является ультразвуковой расходомер, характеризующийся тем, что он содержит блок формирования и анализа электрических импульсов, электрически связанный как минимум с двумя обратимыми электроакустическими преобразователями, каждый из которых имеет диаграмму направленности излучения и приема с углом раствора не менее 60° в плоскостях сечения и расположен на измерительном участке трубопровода таким образом, что ось диаграммы направленности преимущественно перпендикулярна к продольной оси трубопровода, первый обратимый электроакустический преобразователь смещен относительно второго по направлению потока на расстояние не более 2.5D, где D - диаметр трубопровода, причем внешняя излучающая поверхность каждого обратимого электроакустического преобразователя преимущественно совмещена с внутренней поверхностью трубопровода (см. международную заявку PCT/RU 2003/000091 от 03.03.2005).By technical nature, the closest to the proposed device is an ultrasonic flow meter, characterized in that it contains a unit for generating and analyzing electrical pulses, electrically connected to at least two reversible electro-acoustic transducers, each of which has a radiation and reception radiation pattern with a solution angle of at least 60 ° in the sectional planes and located on the measuring section of the pipeline so that the axis of the radiation pattern is mainly perpendicular is bright to the longitudinal axis of the pipeline, the first reversible electro-acoustic transducer is offset from the second in the direction of flow by a distance of no more than 2.5D, where D is the diameter of the pipeline, and the external radiating surface of each reversible electro-acoustic transducer is predominantly aligned with the inner surface of the pipeline (see PCT / RU 2003/000091 dated 03.03.2005).
Однако данное устройство не обеспечивает достаточную точность измерения малых расходов на трубопроводах малого диаметра, при диаметрах измерительного участка меньше 150 миллиметров и скорости потока меньше одного метра в секунду, тем самым не обеспечивает достаточный динамический диапазон измеряемых расходов с приемлемой точностью.However, this device does not provide sufficient accuracy for measuring small flows in pipelines of small diameter, with diameters of the measuring section less than 150 millimeters and a flow velocity of less than one meter per second, thereby not providing a sufficient dynamic range of the measured flows with acceptable accuracy.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения расхода жидкой и/или газообразной среды в большом динамическом диапазоне расходов.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring the flow rate of a liquid and / or gaseous medium in a large dynamic range of flow rates.
Достигается это тем, что ультразвуковой способ измерения расхода жидких и/или газообразных сред, согласно первому изобретению, включает излучение ультразвуковых колебаний по потоку измеряемой среды и против него, прием прошедших среду колебаний и преобразование их в электрические сигналы с последующим их анализом, при этом используют как минимум два обратимых электроакустических преобразователя, расположенных на диаметрально противоположных образующих измерительного участка трубопровода и смещенных относительно друг друга вдоль его оси на расстояние от 2 до 10 D, где D - диаметр измерительного участка, причем по центру измерительного участка вдоль оси установлена акустически непрозрачная перегородка, длиной превышающая расстояние между электроакустическими преобразователями с отверстием в центре между ними, ось диаграммы направленности электроакустических преобразователей в поперечном сечении трубопровода перпендикулярна к поверхности перегородки, а анализ производят как электрических сигналов, преобразованных от ультразвуковых импульсов, прошедших через отверстие в пластине напрямую от преобразователя к преобразователю, так и/или электрических сигналов - от ультразвуковых импульсов, прошедших через однократное и/или многократное отражение от поверхности перегородки и от внутренней поверхности трубопровода.This is achieved by the fact that the ultrasonic method for measuring the flow rate of liquid and / or gaseous media, according to the first invention, includes the emission of ultrasonic vibrations along the flow of the measured medium and against it, receiving the vibrations transmitted through the medium and converting them into electrical signals, followed by their analysis, using at least two reversible electro-acoustic transducers located on diametrically opposite generatrices of the measuring section of the pipeline and offset relative to each other along e axis at a distance of 2 to 10 D, where D is the diameter of the measuring section, and an acoustically opaque partition is installed along the axis along the axis along the axis, the length exceeding the distance between the electro-acoustic transducers with a hole in the center between them, the axis of the radiation pattern of the electro-acoustic transducers in cross section the pipeline is perpendicular to the surface of the septum, and the analysis is performed as electrical signals converted from ultrasonic pulses transmitted through the hole in the plate directly from the transducer to the transducer, and / or electrical signals from ultrasonic pulses transmitted through a single and / or multiple reflection from the surface of the partition and from the inner surface of the pipeline.
Согласно второму изобретению технический результат достигается тем, что ультразвуковой расходомер содержит блок формирования и анализа электрических импульсов, своими входами-выходами электрически связанный как минимум с двумя обратимыми электроакустическими преобразователями, расположенными на диаметрально противоположных образующих измерительного участка трубопровода и смещенными относительно друг друга вдоль его оси на расстояние от 2 до 10 D, где D - диаметр измерительного участка, по центру которого вдоль оси установлена акустически непрозрачная перегородка, длиной превышающая расстояние между электроакустическими преобразователями с отверстием в центре между ними, при этом оси диаграмм направленности электроакустических преобразователей в поперечном сечении трубопровода перпендикулярны к поверхности перегородки, кроме того, блок формирования и анализа электрических импульсов содержит контроллер, электрически связанный как минимум с двумя канальными приемопередатчиками, двумя АЦП, генератором импульсов, индикатором и узлом интерфейса, причем генератор импульсов электрически связан с канальными приемопередатчиками, каждый из которых взаимосвязан с соответствующим АЦП и с соответствующим входом - выходом электрической связи блока формирования и анализа электрических импульсов с обратимым электроакустическим преобразователем, а также оси диаграмм направленности электроакустических преобразователей преимущественно перпендикулярны к продольной оси трубопровода и поверхности перегородки, причем внешняя излучающая поверхность каждого электроакустического преобразователя преимущественно совмещена с внутренней поверхностью трубопровода с обеспечением прохождения ультразвукового импульса от одного электроакустического преобразователя к другому через отверстие в перегородке после 2n-кратного отражения от поверхности перегородки и внутренней поверхности трубопровода, где n - целое число, от 1 до 20, а также электроакустические преобразователи расположены таким образом, что внешняя излучающая поверхность каждого электроакустического преобразователя совмещена с соответствующей противоположно расположенной поверхностью перегородки, измерительный участок трубопровода и перегородка могут быть изготовлены из металла и/или пластика, а на поверхности перегородки перпендикулярно оси трубопровода расположены канавки овальной формы, количество и местоположение которых определяется количеством отражений ультразвукового импульса от поверхности перегородки и внутренней поверхности трубы по пути распространения ультразвукового импульса от одного электроакустического преобразователя к другому.According to the second invention, the technical result is achieved in that the ultrasonic flow meter comprises a unit for generating and analyzing electrical pulses, with its inputs and outputs electrically connected to at least two reversible electro-acoustic transducers located on diametrically opposite generators of the measuring section of the pipeline and offset relative to each other along its axis on distance from 2 to 10 D, where D is the diameter of the measuring section, in the center of which an acoustics are installed along the axis a slightly opaque partition that is longer than the distance between the electro-acoustic transducers with a hole in the center between them, while the axes of the directivity diagrams of the electro-acoustic transducers in the pipeline cross section are perpendicular to the surface of the partition, in addition, the electric pulse generation and analysis unit contains a controller that is electrically connected to at least two channel transceivers, two ADCs, a pulse generator, an indicator and an interface node, the generator p pulses are electrically connected to channel transceivers, each of which is interconnected with the corresponding ADC and with the corresponding input - the output of the electrical connection of the electric pulse generation and analysis unit with a reversible electro-acoustic transducer, as well as the axes of the radiation patterns of electro-acoustic transducers are mainly perpendicular to the longitudinal axis of the pipeline and the partition surface moreover, the external radiating surface of each electro-acoustic transducer is predominantly it is substantially combined with the inner surface of the pipeline to ensure the passage of an ultrasonic pulse from one electro-acoustic transducer to another through an opening in the partition after 2n-fold reflection from the surface of the partition and the inner surface of the pipeline, where n is an integer from 1 to 20, as well as electro-acoustic transducers are located so that the external radiating surface of each electro-acoustic transducer is aligned with the corresponding oppositely located the surface of the partition, the measuring section of the pipeline and the partition can be made of metal and / or plastic, and on the surface of the partition perpendicular to the axis of the pipeline grooves are oval, the number and location of which is determined by the number of reflections of the ultrasonic pulse from the surface of the partition and the inner surface of the pipe along the path of ultrasonic propagation pulse from one electro-acoustic transducer to another.
Сущность изобретений заключается в том, что выполнение предлагаемого устройства вышеописанным образом позволяет значительно увеличить расстояние между электроакустическими преобразователями вдоль оси измерительного участка, а это дает возможность увеличить разрешающую способность измерения скорости потока, тем самым расширить диапазон измеряемых расходов в сторону малых расходов.The essence of the invention lies in the fact that the implementation of the proposed device in the manner described above can significantly increase the distance between the electro-acoustic transducers along the axis of the measuring section, and this makes it possible to increase the resolution of the measurement of flow velocity, thereby expanding the range of measured flow rates towards low flow rates.
Кроме того, перегородка с поперечными канавками, установленная на оси измерительного участка трубопровода, обладает эффектом фокусирования излучаемого ультразвуковыми преобразователями акустического сигнала, что приводит к увеличению отношения сигнал - шум принимаемого сигнала и, как следствие, повышению достоверности и точности измерения в широком динамическом диапазоне расходов.In addition, a partition with transverse grooves mounted on the axis of the measuring section of the pipeline has the effect of focusing the acoustic signal emitted by ultrasonic transducers, which leads to an increase in the signal-to-noise ratio of the received signal and, as a result, to increase the reliability and accuracy of measurement in a wide dynamic range of flow rates.
Перегородка на оси измерительного участка к тому же выполняет функцию струевыпрямления и выравнивания потока, что также приводит к повышению точности вычисления расхода и снижению требований к длине прямых участков трубопровода до измерительного участка и после него.The partition on the axis of the measuring section also performs the function of flow straightening and flow equalization, which also leads to increased accuracy in calculating the flow rate and to reduce the requirements for the length of straight sections of the pipeline to the measuring section and after it.
Сравнение предложенного способа и устройства с ближайшими аналогами позволяет утверждать о соответствии критерию «новизна», а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень».Comparison of the proposed method and device with the closest analogues allows us to confirm compliance with the criterion of "novelty", and the absence of distinctive features in the analogues indicates the compliance with the criterion of "inventive step".
Предварительные испытания позволяют судить о возможности широкого промышленного применения.Preliminary tests make it possible to judge the possibility of wide industrial application.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого устройства и его функциональная блок-схема, а на фиг.2 и 3 - варианты расположения электроакустических преобразователей на рабочем участке с перегородкой.Figure 1 shows the design of the proposed device and its functional block diagram, and figure 2 and 3 are options for the location of electro-acoustic transducers in the work area with a partition.
Ультразвуковой способ измерения расхода жидких и/или газообразных сред включает излучение ультразвуковых колебаний по потоку измеряемой среды или против потока, прием прошедших среду колебаний, преобразование в электрические сигналы и запоминание их, излучение ультразвуковых колебаний против потока измеряемой среды или по потоку, прием прошедших среду колебаний, преобразование в электрические сигналы и запоминание их, а также анализ вышеуказанных электрических сигналов для определения разности времен прохождения ультразвуковых колебаний по потоку и против него для вычисления расхода среды.The ultrasonic method for measuring the flow rate of liquid and / or gaseous media includes the emission of ultrasonic vibrations along the flow of the measured medium or against the flow, the reception of vibrations transmitted through the medium, conversion to electrical signals and their storage, the emission of ultrasonic vibrations against the flow of the measured fluid or against the flow, reception of transmitted vibrations , conversion into electrical signals and their storage, as well as analysis of the above electrical signals to determine the difference in transit times of ultrasonic Fluctuations in the flow and against it to calculate the flow rate of the medium.
При этом используют как минимум два обратимых электроакустических преобразователя, расположенных на диаметрально противоположных образующих измерительного участка трубопровода и смещенных относительно друг друга вдоль его оси на расстояние от 2 до 10 D, где D - диаметр измерительного участка, на оси которого установлена акустически непрозрачная перегородка, длиной превышающая расстояние между электроакустическими преобразователями с отверстием в центре между ними, при этом ось диаграммы направленности электроакустических преобразователей преимущественно перпендикулярна к поверхности перегородки, а их внешняя излучающая поверхность преимущественно совмещена с внутренней поверхностью измерительного участка.At the same time, at least two reversible electro-acoustic transducers are used, located on diametrically opposite generators of the measuring section of the pipeline and offset from each other along its axis by a distance of 2 to 10 D, where D is the diameter of the measuring section, on the axis of which an acoustically opaque partition is installed, with a length greater than the distance between the electro-acoustic transducers with a hole in the center between them, while the axis of the pattern of the electro-acoustic transducers Ateliers are predominantly perpendicular to the surface of the partition, and their outer radiating surface is predominantly aligned with the inner surface of the measuring section.
Следует отметить, что анализ производят как электрических сигналов, преобразованных от ультразвуковых импульсов, прошедших через отверстие в перегородке напрямую от преобразователя к преобразователю, так и/или электрических сигналов от ультразвуковых импульсов, прошедших через (2n)-кратное отражение от поверхностей перегородки и (2n)-кратное отражение от внутренней поверхности измерительного участка, где n - целое число от 1 до 20.It should be noted that the analysis produces both electrical signals converted from ultrasonic pulses transmitted through a hole in the partition directly from the transducer to the transducer, and / or electrical signals from ultrasonic pulses transmitted through a (2n) -fold reflection from the partition surfaces and (2n ) -fold reflection from the inner surface of the measuring section, where n is an integer from 1 to 20.
Ультразвуковой расходомер содержит блок (1) формирования и анализа электрических импульсов, электрически связанный как минимум с двумя обратимыми электроакустическими преобразователями (2 и 3), расположенными на диаметрально противоположных образующих измерительного участка трубопровода (4) и смещенными относительно друг друга вдоль его оси (6) на расстояние от 2 до 10 D, где D диаметр измерительного участка.The ultrasonic flow meter contains a block (1) for generating and analyzing electrical pulses, electrically connected to at least two reversible electro-acoustic transducers (2 and 3), located on diametrically opposite generators of the measuring section of the pipeline (4) and offset relative to each other along its axis (6) at a distance of 2 to 10 D, where D is the diameter of the measuring section.
По центру измерительного участка вдоль его оси (6) установлена акустически непрозрачная перегородка (15) с отверстием (16) посередине и, длиной превышающая расстояние между акустическими преобразователями. Установка и укрепление перегородки (15) могут быть осуществлены путем склеивания или сварки. Кроме того, (фиг.3) первый и второй электроакустические преобразователи (2 и 3) могут быть установлены с диаметрально противоположных сторон измерительного участка таким образом, что их внешние излучающие поверхности преимущественно совмещены с противоположными поверхностями перегородки (15), установленной на оси (6) измерительного участка, длиной превышающей расстояние между электроакустическими преобразователями, с отверстием (16) в центре между ними, а ось диаграммы направленности электроакустических преобразователей (16) преимущественно перпендикулярна поверхности перегородки (15).An acoustically opaque partition (15) with an opening (16) in the middle and a length exceeding the distance between the acoustic transducers is installed in the center of the measuring section along its axis (6). Installation and strengthening of the partition (15) can be carried out by gluing or welding. In addition, (Fig. 3), the first and second electro-acoustic transducers (2 and 3) can be installed from diametrically opposite sides of the measuring section so that their external radiating surfaces are predominantly aligned with the opposite surfaces of the partition (15) mounted on the axis (6 ) a measuring section longer than the distance between the electro-acoustic transducers, with a hole (16) in the center between them, and the axis of the radiation pattern of the electro-acoustic transducers (16) is predominantly about perpendicular to the surface of the baffle (15).
При этом производят анализ сигналов, преобразованных от ультразвуковых импульсов, прошедших через отверстие в перегородке как через двукратное отражение от внутренней поверхности измерительного участка, так и/или сигналов от ультразвуковых импульсов, прошедших (2n+2)-кратное отражение от внутренней поверхности измерительного участка и (2n)-кратное отражение от поверхностей перегородки, где n - целое число от 1 до 20.In this case, an analysis is made of signals converted from ultrasonic pulses transmitted through an opening in the partition both through double reflection from the inner surface of the measuring section and / or signals from ultrasonic pulses transmitted (2n + 2) -fold reflection from the internal surface of the measuring section and (2n) -fold reflection from partition surfaces, where n is an integer from 1 to 20.
Блок (1) формирования и анализа электрических импульсов содержит контроллер (7), электрически связанный как минимум с двумя канальными приемопередатчиками (8 и 9), двумя АЦП (10 и 11), генератором импульсов (12), индикатором (13) и узлом (14) интерфейса. Контроллер (7) может быть реализован на сигнальном процессоре фирмы «Моторола» DSP56311.The unit (1) for generating and analyzing electrical pulses contains a controller (7) electrically connected to at least two channel transceivers (8 and 9), two ADCs (10 and 11), a pulse generator (12), an indicator (13), and a unit ( 14) interface. The controller (7) can be implemented on a signal processor company Motorola DSP56311.
Канальные приемопередатчики (8, 9) предназначены для приема и усиления электрических сигналов от электроакустических преобразователей (2, 3), а также усиления сигналов генератора импульсов (12) и согласования с электроакустическими преобразователями (2, 3).Channel transceivers (8, 9) are intended for receiving and amplifying electrical signals from electro-acoustic transducers (2, 3), as well as amplifying the signals of a pulse generator (12) and matching with electro-acoustic transducers (2, 3).
Электрические сигналы, усиленные канальными приемопередатчиками (8, 9), преобразуются аналого-цифровыми преобразователями (10, 11) в цифровые сигналы для последующей обработки контроллером (7). Блок питания на фиг.1 отсутствует, но он может быть расположен как в блоке (1), так и вне его.Electrical signals amplified by channel transceivers (8, 9) are converted by analog-to-digital converters (10, 11) into digital signals for subsequent processing by the controller (7). The power supply in figure 1 is absent, but it can be located both in the block (1) and outside it.
Узел (14) интерфейса обеспечивает связь устройства посредством стандартных интерфейсов RS232 или RS485, а также M-Bus. Результаты измерения отображаются на индикаторе, а также могут быть переданы посредством каналов связи в систему сбора информации.The node (14) of the interface provides device communication via standard RS232 or RS485 interfaces, as well as M-Bus. The measurement results are displayed on the indicator, and can also be transmitted via communication channels to the information collection system.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Под управлением программы, записанной в ПЗУ контроллера (7), запускается генератор импульсов (12), с одного из выходов которого прямоугольные импульсы поступают на вход канального приемопередатчика (8), усиленный им электрический сигнал поступает на электроакустический преобразователь (2), который преобразует этот сигнал в ультразвуковые колебания среды в измерительном участке трубопровода.Under the control of the program recorded in the controller ROM (7), the pulse generator (12) is started, from one of the outputs of which rectangular pulses are fed to the input of the channel transceiver (8), the electric signal amplified by it is fed to the electro-acoustic transducer (2), which converts this signal to ultrasonic vibrations of the medium in the measuring section of the pipeline.
После n-кратного отражения от внутренней поверхности измерительного участка и от поверхности перегородки (15), прохождения через отверстие в перегородке (15) и n-кратного отражения от внутренней поверхности рабочего участка и поверхности перегородки (15), где n - любое целое число от 1 до 20, ультразвуковой сигнал попадает на электроакустический преобразователь (3), преобразуется им в электрический сигнал и поступает на вход канального приемопередатчика (9), усиленный им сигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем (11) в цифровой код и запоминается в оперативной памяти контроллера (7).After n-fold reflection from the inner surface of the measuring section and from the surface of the partition (15), passage through the hole in the partition (15) and n-fold reflection from the inner surface of the working section and the surface of the partition (15), where n is any integer from 1 to 20, the ultrasonic signal enters the electro-acoustic transducer (3), it is converted into an electric signal and fed to the input of the channel transceiver (9), the signal amplified by it is converted by an analog-to-digital transducer (11) into a digital code and is mentioned in the RAM of the controller (7).
Аналогично после поступления импульсов с генератора импульсов (12) на второй канальный приемопередатчик (9) и с его выхода на электроакустический преобразователь (3), после n-кратного отражения от внутренней поверхности измерительного участка и поверхности перегородки, прохождения через отверстие в перегородке (15) и n-кратного отражения от поверхности измерительного участка и поверхности перегородки (15), где n - любое целое число от 1 до 20, ультразвуковой сигнал попадает на электроакустический преобразователь (2), преобразуется им в электрический сигнал, усиливается канальным приемопередатчиком (8), преобразуется аналого-цифровым преобразователем (10) в цифровой код и записывается в ОЗУ контролера (7). В контроллере (7) производится анализ принятых сигналов для определения разности времен прохождения ультразвуковых колебаний по потоку и против потока и вычисления скорости и расхода среды.Similarly, after the pulses from the pulse generator (12) arrive at the second channel transceiver (9) and from its output to the electro-acoustic transducer (3), after n-times reflection from the inner surface of the measuring section and the surface of the partition, passing through the hole in the partition (15) and n-fold reflection from the surface of the measuring section and the surface of the partition (15), where n is any integer from 1 to 20, the ultrasonic signal hits the electro-acoustic transducer (2), it is converted into an electric This signal is amplified by a channel transceiver (8), converted by an analog-to-digital converter (10) into a digital code and written to the RAM of the controller (7). In the controller (7), an analysis of the received signals is performed to determine the difference in the transit times of ultrasonic vibrations along the flow and against the flow and to calculate the speed and flow rate of the medium.
Преимуществом предлагаемой конструкции является увеличение расстояния между датчиками вдоль оси потока и, как следствие, увеличение разрешающей способности на малых расходах а, следовательно, увеличение динамического диапазона и точности измерения расхода. Благодаря перегородке (15), установленной на оси (6) измерительного участка, происходит выделение акустических импульсов по выбранному акустическому пути (17), вследствие фокусирующего эффекта, который может быть дополнительно увеличен с помощью канавок (18) овальной формы на поверхности перегородки (15). Кроме того, перегородка (15) на оси измерительного участка к тому же выполняет функцию струевыпрямления и выравнивания потока, что также приводит к повышению точности вычисления расхода и снижению требований к длине прямых участков трубопровода до измерительного участка и после него.An advantage of the proposed design is an increase in the distance between the sensors along the flow axis and, as a consequence, an increase in resolution at low flow rates and, consequently, an increase in the dynamic range and accuracy of flow measurement. Due to the baffle (15) mounted on the axis (6) of the measuring section, acoustic pulses are released along the selected acoustic path (17) due to the focusing effect, which can be further increased by oval grooves (18) on the surface of the baffle (15) . In addition, the baffle (15) on the axis of the measuring section also performs the function of flow straightening and flow equalization, which also leads to an increase in the accuracy of calculation of the flow rate and lower requirements for the length of straight sections of the pipeline to and after the measuring section.
Таким образом, в предложенных изобретениях достигается поставленный технический результат.Thus, in the proposed invention achieved the technical result.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010102969/28A RU2422777C1 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010102969/28A RU2422777C1 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2422777C1 true RU2422777C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010102969/28A RU2422777C1 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2422777C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3835733A4 (en) * | 2018-08-08 | 2021-09-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Ultrasonic flow meter |
| RU2772621C1 (en) * | 2021-09-23 | 2022-05-23 | Александр Михайлович Деревягин | Device and method for ultrasonic measurement of flow rate and fluid flow rate |
| WO2023048599A1 (en) * | 2021-09-23 | 2023-03-30 | Alexandr Mikhailovich Derevyagin | Device and method for ultrasonic measurement of the fluid flow velocity and flowrate |
-
2010
- 2010-01-29 RU RU2010102969/28A patent/RU2422777C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3835733A4 (en) * | 2018-08-08 | 2021-09-08 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Ultrasonic flow meter |
| US11686604B2 (en) | 2018-08-08 | 2023-06-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Ultrasonic flow meter having one or more integrally molded partition plates dividing the measurement path and having thinner upstream and downstream edges |
| RU2772621C1 (en) * | 2021-09-23 | 2022-05-23 | Александр Михайлович Деревягин | Device and method for ultrasonic measurement of flow rate and fluid flow rate |
| WO2023048599A1 (en) * | 2021-09-23 | 2023-03-30 | Alexandr Mikhailovich Derevyagin | Device and method for ultrasonic measurement of the fluid flow velocity and flowrate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11333676B2 (en) | Beam shaping acoustic signal travel time flow meter | |
| EP1736741B1 (en) | Ultrasonic method for measuring a flow rate of liquid and/or gaseous media and device for carrying out said method | |
| JP2935833B2 (en) | Multi-line flow measurement device | |
| CN203672423U (en) | Ultrasonic metering system with orifice plate flow meter device | |
| JPWO2008004560A1 (en) | Flow velocity distribution measuring device and ultrasonic flow meter | |
| JP5321106B2 (en) | Ultrasonic measuring instrument | |
| WO2011078691A3 (en) | Measuring apparatus | |
| CN100380101C (en) | Doppler type ultrasonic flowmeter | |
| CN101793908A (en) | Ultrasonic flue gas flow rate meter | |
| CN214583449U (en) | High-precision wide-range ultrasonic flow measuring device | |
| KR20000014902A (en) | Supersonic current speed measuring device | |
| RU2422777C1 (en) | Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation | |
| CN104596601B (en) | eight-channel ultrasonic flowmeter sensor | |
| CN102095889B (en) | Three-channel ultrasonic time difference method for measuring flow velocity | |
| CN204359371U (en) | Eight-channel ultrasonic flowmeter sensor | |
| CN112747260B (en) | Ultrasonic flow measuring device capable of preventing noise interference | |
| RU118743U1 (en) | ULTRASONIC FLOW METER | |
| JP2005091332A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
| JP5231278B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
| Klambauer et al. | A new principle for an ultrasonic flow sensor for harsh environment | |
| RU2313068C2 (en) | Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution | |
| RU2496113C2 (en) | Flow meter for liquid and gaseous mediums in pressure pipelines | |
| CN203177907U (en) | Ultrasonic flow sensor | |
| IVANOV et al. | Ultrasonic sensor for measuring water speed | |
| UA141356U (en) | ULTRASOUND METHOD OF MEASUREMENT OF COSTS OF LIQUID AND / OR GAS MEDIA |