RU2498229C1 - Ultrasonic gas flow meter - Google Patents

Ultrasonic gas flow meter Download PDF

Info

Publication number
RU2498229C1
RU2498229C1 RU2012118312/28A RU2012118312A RU2498229C1 RU 2498229 C1 RU2498229 C1 RU 2498229C1 RU 2012118312/28 A RU2012118312/28 A RU 2012118312/28A RU 2012118312 A RU2012118312 A RU 2012118312A RU 2498229 C1 RU2498229 C1 RU 2498229C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiving
measuring chamber
gas flow
blocks
emitting
Prior art date
Application number
RU2012118312/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Петров
Арсений Владимирович Петров
Николай Васильевич Косицын
Сергей Александрович Лапин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация "СпектрАкустика"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация "СпектрАкустика" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация "СпектрАкустика"
Priority to RU2012118312/28A priority Critical patent/RU2498229C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2498229C1 publication Critical patent/RU2498229C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: ultrasonic gas flow meter includes two piezoelectric converters, each of which consists of at least two units offset relative to each other along the emission (reception) direction. Result as per Claim 2 is achieved by the fact that each converter includes an even number of emitting (receiving) units. Result as per Claim 3 is achieved by the fact that converters are located on opposite side walls of a measuring chamber with an offset relative to each other along direction of spread of a gas flow. Achievement of the result as per Claim 4 is provided by the fact that converters are located on one of the side walls of the measuring chamber with an offset relative to each other on the wall along direction of a gas flow symmetrically to cross-sectional plane of the measuring chamber; in the centre of opposite side wall of the measuring chamber there located is at least one acoustical mirror so that its plane is parallel to planes of emitting (receiving) surfaces of the units. With that, offset of the units of one converter is mirror-like relative to offset of the units of the other converter, and planes of the mirror and receiving-emitting converters do not project inside the measuring chamber beyond its plane. Result as per Claim 5 is achieved by the fact that receiving-emitting units of each of the converter are combined into groups. Besides, each of the groups consists of equal number of units, but not less than two, which have the same offset along normal to the emitting (receiving) surface.
EFFECT: improving accuracy and increasing dynamic range of the measured gas consumption.
5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к бытовым ультразвуковым счетчикам для измерения расхода газа.The invention relates to household ultrasonic meters for measuring gas flow.

Известен ультразвуковой газовый расходомер (см. Свидетельство на полезную модель РФ №32268), содержащий измерительную камеру с входным и выходным патрубками, два пьезоэлектрических преобразователя. Пьезоэлектрические преобразователи в этом техническом решении установлены в проточной полости измерительной камеры. Такое размещение пьезоэлектрических преобразователей приводит к возникновению вихревых потоков при движении газа, что вносит погрешности в величину измеряемого расхода газа, а также снижает возможный динамический диапазон измеряемого расхода газа.A known ultrasonic gas flow meter (see Certificate for useful model of the Russian Federation No. 32268), containing a measuring chamber with inlet and outlet nozzles, two piezoelectric transducers. Piezoelectric transducers in this technical solution are installed in the flow cavity of the measuring chamber. This arrangement of piezoelectric transducers leads to the appearance of vortex flows during gas movement, which introduces errors in the measured gas flow rate and also reduces the possible dynamic range of the measured gas flow rate.

Известен также ультразвуковой газовый расходомер (Свидетельство на полезную модель РФ №37826), содержащий измерительную камеру с входным и выходным патрубками, два пьезоэлектрических преобразователя. В этом расходомере пьезоэлектрические преобразователи расположены в стаканах, которые, в свою очередь, установлены непосредственно в измеряемом потоке газа. Такое размещение пьезоэлектрических преобразователей также приводит к возникновению вихревых потоков в движущемся газовом потоке, что снижает точность измерений и уменьшает динамический диапазон измеряемого расхода газа.Also known is an ultrasonic gas flow meter (Certificate for utility model of the Russian Federation No. 37826), containing a measuring chamber with inlet and outlet nozzles, two piezoelectric transducers. In this flowmeter, piezoelectric transducers are located in beakers, which, in turn, are mounted directly in the measured gas flow. This arrangement of piezoelectric transducers also leads to the appearance of vortex flows in a moving gas stream, which reduces the accuracy of measurements and reduces the dynamic range of the measured gas flow.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является известный ультразвуковой газовый расходомер (Свидетельство на полезную модель РФ №27218), содержащий измерительную камеру с входным и выходным патрубками, два пьезоэлектрических преобразователя. Пьезоэлектрические преобразователи в этом техническом решении размещены в полостях, открытых в измерительную камеру. Такое размещение пьезоэлектрических преобразователей приводит к возникновению вихревых потоков при движении газа, что вносит погрешности в величину измеряемого расхода газа, а также снижает возможный динамический диапазон измеряемого расхода газа.Closest to the claimed technical solution is a well-known ultrasonic gas flow meter (Certificate for utility model of the Russian Federation No. 27218) containing a measuring chamber with inlet and outlet nozzles, two piezoelectric transducers. Piezoelectric transducers in this technical solution are placed in cavities open in the measuring chamber. This arrangement of piezoelectric transducers leads to the appearance of vortex flows during gas movement, which introduces errors in the measured gas flow rate and also reduces the possible dynamic range of the measured gas flow rate.

Сущность изобретения выражается в том, что каждый из пьезоэлектрических преобразователей состоит, по крайней мере, из двух одинаковых приемно-излучающих блоков, смещенных относительно друг друга вдоль оси, нормальной к излучающей (принимающей) поверхности каждого из блоков, причем излучающие (принимающие) поверхности блоков параллельны друг другу.The essence of the invention is expressed in the fact that each of the piezoelectric transducers consists of at least two identical receiving-emitting blocks, offset relative to each other along an axis normal to the radiating (receiving) surface of each block, and the radiating (receiving) surface of the blocks parallel to each other.

Сущность изобретения по п.2 выражается в том, что каждый преобразователь содержит четное число приемно-излучающих блоков.The invention according to claim 2 is expressed in that each converter contains an even number of receiving-emitting blocks.

Сущность изобретения по п.3 выражается в том, что преобразователи расположены на противоположных боковых стенках измерительной камеры со смещением один относительно другого вдоль направления распространения газового потока.The invention according to claim 3 is expressed in that the transducers are located on opposite side walls of the measuring chamber with an offset one relative to the other along the direction of propagation of the gas stream.

Сущность изобретения по п.4 выражается в том, что преобразователи расположены на одной из боковых стенок измерительной камеры со смещением один относительно другого по стенке вдоль направления газового потока симметрично относительно плоскости поперечного сечения измерительной камеры, в центре противоположной боковой стенки измерительной камеры расположено, по крайней мере, одно акустическое зеркало, так, что его плоскость параллельна плоскостям излучающих поверхностей блоков, причем, смещение блоков одного преобразователя зеркально относительно смещения блоков другого преобразователя, а также плоскости зеркала и приемно-излучающих преобразователей не выступают внутрь измерительной камеры за ее плоскость.The invention according to claim 4 is expressed in the fact that the transducers are located on one of the side walls of the measuring chamber with an offset one relative to the other along the wall along the direction of the gas flow symmetrically with respect to the plane of the cross section of the measuring chamber, at least in the center of the opposite side wall of the measuring chamber at least one acoustic mirror, so that its plane is parallel to the planes of the radiating surfaces of the blocks, moreover, the displacement of the blocks of one mirror converter relative displacement of other transducer blocks, and the plane mirror receiving and emitting transducers do not protrude inside the measuring chamber for its plane.

Сущность изобретения по п.5 выражается в том, что приемно-излучающие блоки каждого из преобразователей, объединены в группы, причем каждая из групп состоит из одинакового количества, но не менее двух, блоков, имеющих одинаковое смещение вдоль нормали к излучающей (принимающей) поверхности.The invention according to claim 5 is expressed in that the receiving-emitting blocks of each of the converters are combined into groups, each group consisting of the same number, but not less than two, blocks having the same offset along the normal to the radiating (receiving) surface .

Технический результат, который достигается данным техническим решением, заключается в повышении точности и динамического диапазона измеряемого расхода газа.The technical result that is achieved by this technical solution is to increase the accuracy and dynamic range of the measured gas flow.

Технический результат заявляемого решения достигается тем, что ультразвуковой газовый расходомер содержит два пьезоэлектрических преобразователя, каждый из которых состоит, по крайней мере, из двух блоков, смещенных относительно друг друга вдоль направления излучения. Такое смещение одного приемно-излучающего элемента (блока) относительно другого, обеспечивает создание акустического набега фазы между двумя ультразвуковыми пучками, генерируемыми (или принимаемыми) соседними блоками. Возникновение набега фазы между соседними ультразвуковыми пучками приводит к повороту диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя. Таким образом, излучающий и приемный преобразователи имеют излучающие поверхности, лежащие в плоскости, не выступающей за стенки измерительной камеры, и при этом генерируют (принимают) ультразвуковое излучение в направлении, составляющем заданный угол с нормалью к излучающей поверхности преобразователей. Такое техническое решение позволяет исключить или значительно снизить вероятность возникновения вихрей в большем динамическом диапазоне скоростей газового потока при повышении точности измерения расхода газа.The technical result of the claimed solution is achieved in that the ultrasonic gas flow meter contains two piezoelectric transducers, each of which consists of at least two blocks offset from each other along the radiation direction. Such a shift of one receiving-emitting element (block) relative to another, provides the creation of an acoustic phase incursion between two ultrasonic beams generated (or received) by neighboring blocks. The occurrence of phase incursion between adjacent ultrasonic beams leads to a rotation of the radiation pattern of the piezoelectric transducer. Thus, the emitting and receiving transducers have radiating surfaces lying in a plane that does not protrude beyond the walls of the measuring chamber, and at the same time generate (receive) ultrasonic radiation in the direction that makes up a predetermined angle normal to the radiating surface of the transducers. This technical solution eliminates or significantly reduces the likelihood of vortices in a larger dynamic range of gas flow velocities while increasing the accuracy of measuring gas flow.

Технический результат по п.2 формулы изобретения достигается тем, что каждый преобразователь содержит четное число приемно-излучающих блоков. При четном количестве приемно-излучающих элементов (блоков), может реализовываться максимальная амплитуда акустических волн, излучаемых в направлении используемого лепестка диаграммы направленности преобразователя. Например, при сдвиге фазы между блоками, равном к, при четном количестве излучающих (принимающих) элементов, формируется симметричная диаграмма направленности с максимумом излучения, направленном в боковые лепестки.The technical result according to claim 2 of the claims is achieved by the fact that each converter contains an even number of receiving-emitting blocks. With an even number of receiving-emitting elements (blocks), the maximum amplitude of the acoustic waves emitted in the direction of the used lobe of the radiation pattern of the transducer can be realized. For example, with a phase shift between blocks equal to k, with an even number of emitting (receiving) elements, a symmetric radiation pattern is formed with a maximum of radiation directed to the side lobes.

Если же при таком сдвиге фазы между блоками, их количество окажется нечетным, то наряду с боковыми лепестками, будет присутствовать и центральный лепесток, в который будет направлена часть излучаемой (принимаемой) ультразвуковой энергии. Таким образом, реализация четного числа блоков в каждом из преобразователей, даст возможность дополнительного увеличения излучаемой (принимаемой) энергии преобразователем и, как следствие приведет к увеличению динамического диапазона измеряемого расхода газа.If, with such a phase shift between the blocks, their number turns out to be odd, then along with the side lobes, there will also be a central lobe, into which a part of the emitted (received) ultrasonic energy will be directed. Thus, the implementation of an even number of blocks in each of the converters will make it possible to further increase the radiated (received) energy by the converter and, as a result, will increase the dynamic range of the measured gas flow.

Технический результат по п.3 формулы изобретения достигается тем, преобразователи расположены на противоположных боковых стенках измерительной камеры со смещением один относительно другого вдоль направления распространения газового потока. Такое смещение преобразователей вдоль направления распространения газового потока обеспечивает наличие составляющей вектора скорости ультразвуковой волны, коллинеарной с вектором скорости газового потока, что позволяет посредством измерения скорости ультразвуковой волны в движущемся газовом потоке, определять скорость газового потока и затем объем протекающего газа. Величина смещения преобразователей относительно друг друга зависит от величины смещения соседних блоков друг относительно друга в направлении, нормальном плоскости излучения (приема).The technical result according to claim 3 of the claims is achieved by the fact that the transducers are located on opposite side walls of the measuring chamber with an offset one relative to the other along the direction of propagation of the gas stream. Such a displacement of the transducers along the direction of propagation of the gas stream ensures the presence of a component of the velocity vector of the ultrasonic wave collinear with the velocity vector of the gas stream, which makes it possible to determine the velocity of the gas stream and then the volume of the flowing gas by measuring the velocity of the ultrasonic wave in a moving gas stream. The magnitude of the displacement of the converters relative to each other depends on the magnitude of the displacement of adjacent blocks relative to each other in the direction normal to the radiation plane (reception).

Технический результат по п.4 формулы достигается тем, что преобразователи расположены на одной из боковых стенок измерительной камеры со смещением один относительно другого по стенке вдоль направления газового потока симметрично относительно плоскости поперечного сечения измерительной камеры, в центре противоположной боковой стенки измерительной камеры расположено, по крайней мере, одно акустическое зеркало, так, что его плоскость параллельна плоскостям излучающих (принимающих) поверхностей блоков, причем, смещения блоков одного преобразователя зеркально относительно смещения блоков другого преобразователя, а плоскости зеркала и приемно-излучающих преобразователей не выступают внутрь измерительной камеры за ее плоскость. Размещение преобразователей на одной из стенок измерительной камеры с расположением акустического зеркала на противоположной стенке, обеспечивает удлинение акустического пути ультразвукового пучка, что приводит к дополнительному увеличению точности измерения расхода газа. Расположение плоскостей зеркала и преобразователей не выступающими внутрь измерительной камеры за ее плоскость предотвращает появление вихрей в распространяющемся газовом потоке, увеличивая динамический диапазон измеряемого расхода газа.The technical result according to claim 4 of the formula is achieved by the fact that the transducers are located on one of the side walls of the measuring chamber with an offset relative to the other along the wall along the gas flow direction symmetrically with respect to the plane of the cross section of the measuring chamber, at least at the center of the opposite side wall of the measuring chamber at least one acoustic mirror, so that its plane is parallel to the planes of the emitting (receiving) surfaces of the blocks, moreover, the displacement of the blocks of one relative displacement of the forming specularly other transducer blocks, and the plane mirror receiving and emitting transducers do not protrude inside the measuring chamber for its plane. Placing the transducers on one of the walls of the measuring chamber with the location of the acoustic mirror on the opposite wall provides an extension of the acoustic path of the ultrasonic beam, which leads to an additional increase in the accuracy of measuring gas flow. The location of the planes of the mirror and the transducers not protruding into the measuring chamber beyond its plane prevents the appearance of vortices in the propagating gas stream, increasing the dynamic range of the measured gas flow.

Расположение преобразователей в одной из стенок измерительной камеры является, кроме того, более технологичным и позволяет разместить электронные элементы генерации и приема электрических сигналов в непосредственной близости от преобразователей с одной стороны измерительной камеры, что делает устройство более компактным. Это решение обеспечивает получение дополнительного технического результата.The location of the transducers in one of the walls of the measuring chamber is, in addition, more technologically advanced and allows you to place electronic elements for generating and receiving electrical signals in close proximity to the transducers on one side of the measuring chamber, which makes the device more compact. This solution provides an additional technical result.

Технический результат по п.5 формулы достигается тем, что приемно-излучающие блоки каждого из преобразователей, объединены в группы, причем каждая из групп состоит из одинакового количества, но не менее двух, блоков, имеющих одинаковое смещение вдоль нормали к излучающей (принимающей) поверхности. Объединение блоков в группы позволяет измерять не только изменение амплитуды ультразвукового пучка, распространяющегося в движущейся газовой среде, но и фазы ультразвуковой волны, падающей на такой преобразователь. Такое конструктивное решение позволяет дополнительно увеличить точность измерений, а также увеличить чувствительность устройства, что является дополнительном техническим результатом изобретения.The technical result according to claim 5 of the formula is achieved by the fact that the receiving-emitting blocks of each of the converters are combined into groups, each of the groups consisting of the same number, but not less than two, blocks having the same offset along the normal to the radiating (receiving) surface . The combination of blocks in groups makes it possible to measure not only the change in the amplitude of the ultrasonic beam propagating in a moving gas medium, but also the phase of the ultrasonic wave incident on such a transducer. Such a constructive solution allows to further increase the accuracy of measurements, as well as to increase the sensitivity of the device, which is an additional technical result of the invention.

Изобретение поясняется чертежами, где на рисунках 1 и 2 показана конструкция заявляемого изобретения. Ультразвуковой газовый расходомер содержит измерительную камеру (1) с входным (2) и выходным (3) патрубками, два пьезоэлектрических преобразователя (4 и 5), каждый из пьезоэлектрических преобразователей (4 и 5) состоит, по крайней мере, из двух одинаковых приемно-излучающих блоков (6, 7 и 8, 9), смещенных относительно друг друга вдоль оси, нормальной к излучающей (принимающей) поверхности каждого из блоков, причем излучающие (принимающие) поверхности блоков параллельны друг другу.The invention is illustrated by drawings, where figures 1 and 2 show the design of the claimed invention. An ultrasonic gas flow meter contains a measuring chamber (1) with inlet (2) and output (3) nozzles, two piezoelectric transducers (4 and 5), each of the piezoelectric transducers (4 and 5) consists of at least two identical receiving radiating blocks (6, 7 and 8, 9), offset relative to each other along an axis normal to the radiating (receiving) surface of each of the blocks, and the radiating (receiving) surfaces of the blocks are parallel to each other.

Ультразвуковой газовый расходомер по п.4 формулы изобретения содержит также в центре противоположной боковой стенки измерительной камеры (1), по крайней мере одно акустическое зеркало (10), расположенное так, что его плоскость параллельна плоскостям излучающих (принимающих) поверхностей блоков (6.7 и 8.9), причем, смещение блоков (6, 7) одного преобразователя (4) выполнено зеркальным относительно смещения блоков (8, 9) другого преобразователя (5), а плоскости зеркала (10) и приемно-излучающих преобразователей (4 и 5) не выступают внутрь измерительной камеры (1) за ее плоскость.The ultrasonic gas flow meter according to claim 4 of the claims also contains in the center of the opposite side wall of the measuring chamber (1) at least one acoustic mirror (10) located so that its plane is parallel to the planes of the emitting (receiving) surfaces of the blocks (6.7 and 8.9 ), moreover, the displacement of the blocks (6, 7) of one transducer (4) is made mirror-like relative to the displacement of the blocks (8, 9) of the other transducer (5), and the plane of the mirror (10) and the receiving-emitting transducers (4 and 5) do not protrude inside the measuring cam ery (1) beyond its plane.

Изобретение по п.5 поясняется дополнительно чертежами, где на рисунках 3 и 4 показаны группы (15, 16 и 17, 18) блоков (6.7.11.12 и 8.9.13.14). На рисунках 5 и 6 показаны дополнительно направления распространения акустических ультразвуковых пучков.The invention according to claim 5 is further illustrated by drawings, where Figures 3 and 4 show groups (15, 16 and 17, 18) of blocks (6.7.11.12 and 8.9.13.14). Figures 5 and 6 additionally show the propagation directions of acoustic ultrasonic beams.

Изобретение может быть осуществлено следующим образом. Ультразвуковой газовый расходомер содержит измерительную камеру (1) с входным (2) и выходным (3) патрубками, два пьезоэлектрических преобразователя (4 и 5), каждый из пьезоэлектрических преобразователей (4 и 5) состоит, по крайней мере, из двух одинаковых приемно-излучающих блоков (6, 7 и 8, 9), смещенных относительно друг друга вдоль оси, нормальной к излучающей (принимающей) поверхности каждого из блоков, причем излучающие (принимающие) поверхности блоков параллельны друг другу.The invention can be implemented as follows. An ultrasonic gas flow meter contains a measuring chamber (1) with inlet (2) and output (3) nozzles, two piezoelectric transducers (4 and 5), each of the piezoelectric transducers (4 and 5) consists of at least two identical receiving radiating blocks (6, 7 and 8, 9), offset relative to each other along an axis normal to the radiating (receiving) surface of each of the blocks, and the radiating (receiving) surfaces of the blocks are parallel to each other.

Ультразвуковые преобразователи (4 и 5) работают попеременно «на передачу» и «на,. прием». В первый момент времени преобразователь (4) работает на передачу, генерируя короткий ультразвуковой импульс, который распространяется внутри измерительной камеры (1) до преобразователя (5), как показано на рисунках 5 и 6. Преобразователь (5) принимает акустический импульс с некоторой временной задержкой, обусловленной конечной скоростью распространения ультразвука, а также скоростью движения газового потока. В следующий момент времени преобразователь (5) генерирует ультразвуковой импульс, а преобразователь (4) принимает сигнал с некоторой задержкой. Суммарная скорость ультразвуковой волны в движущейся газовой среде равна векторной сумме скоростей ультразвуковой волны и газового потока. Измеряя временную задержку в распространении ультразвукового импульса от преобразователя (4) к преобразователю (5), а затем время распространения импульса от преобразователя (5) к преобразователю (4) можно определить скорость ультразвука в неподвижной газовой среде, а также скорость движения газового потока. На основе полученных данных о скорости ультразвука в неподвижной среде делается вывод о свойствах протекающего газа, в том числе о наличии примесей, а на основании полученных данных о скорости движения газового потока в измерительной камере известной геометрии, вычисляется расход газа.Ultrasonic transducers (4 and 5) operate alternately "on transmission" and "on ,. reception ". At the first moment of time, the transducer (4) operates on transmission, generating a short ultrasonic pulse, which propagates inside the measuring chamber (1) to the transducer (5), as shown in Figures 5 and 6. The transducer (5) receives an acoustic pulse with a certain time delay due to the finite velocity of propagation of ultrasound, as well as the speed of gas flow. At the next time, the transducer (5) generates an ultrasonic pulse, and the transducer (4) receives the signal with some delay. The total velocity of the ultrasonic wave in a moving gas medium is equal to the vector sum of the velocities of the ultrasonic wave and the gas flow. By measuring the time delay in the propagation of an ultrasonic pulse from the transducer (4) to the transducer (5), and then the propagation time of the pulse from the transducer (5) to the transducer (4), one can determine the speed of ultrasound in a stationary gas medium, as well as the gas flow velocity. Based on the obtained data on the speed of ultrasound in a stationary medium, a conclusion is drawn on the properties of the flowing gas, including the presence of impurities, and on the basis of the obtained data on the velocity of the gas stream in the measuring chamber of known geometry, the gas flow is calculated.

Параметры пьезоэлектрического преобразователя могут быть определены следующим образом. Угловая апертура у излучения (приема) двухэлементного (многоэлементного преобразователя), каковым является пьезопреобразователь, состоящий из отдельных блоков, определяется отношением длины ультразвуковой волны Λ к линейной апертуре единичного излучателя (блока) а (см. Рис.6) волны. В качестве примера газовой среды примем воздух, где скорость звуковых волн V составляет при нормальных условиях, примерно V=330 м/с.The parameters of the piezoelectric transducer can be determined as follows. The angular aperture of the radiation (reception) of a two-element (multi-element transducer), which is a piezoelectric transducer consisting of separate blocks, is determined by the ratio of the ultrasonic wavelength Λ to the linear aperture of a single emitter (block) a (see Fig. 6) of the wave. As an example of a gaseous medium, we take air, where the speed of sound waves V is, under normal conditions, approximately V = 330 m / s.

Если частота f переменного напряжения, питающего пьезоэлектрический преобразователь составит f=100 кГц, то длина ультразвуковой волны в воздухе окажется равной Λ=3.3 мм. Если между соседними элементами преобразователя имеется сдвиг фазы φ, то угол наклона лепестка диаграммы направленности такого излучателя (приемника) может быть найден какIf the frequency f of the alternating voltage supplying the piezoelectric transducer is f = 100 kHz, then the length of the ultrasonic wave in the air will be Λ = 3.3 mm. If there is a phase shift φ between adjacent elements of the converter, then the angle of inclination of the beam of the radiation pattern of such an emitter (receiver) can be found as

α=arcsin(φ V/ 2πf L),α = arcsin (φ V / 2πf L),

где L - период двухблочного (многоблочного) преобразователя.where L is the period of the two-block (multi-block) converter.

При линейной апертуре единичного блока а=1 мм, периоде L=2 мм и сдвиге фазы между соседними излучателями (блоками) φ=π, (см. Рис.6) продольный сдвиг между соседними блоками вдоль нормали к их плоскости излучения (приема) Δx составит 1.5 мм, а угол наклона лепестка диаграммы направленности преобразователя окажется примерно равным 60°.With a linear aperture of a single block a = 1 mm, a period L = 2 mm and a phase shift between adjacent emitters (blocks) φ = π, (see Fig. 6), a longitudinal shift between adjacent blocks along the normal to their plane of radiation (reception) Δx will be 1.5 mm, and the angle of inclination of the lobe of the radiation pattern of the transducer will be approximately equal to 60 °.

При поперечном размере измерительной камеры D=4 см, преобразователи будут смещены вдоль направления распространения газового потока на А=8 см, а для устройства по п.4 формулы, А=16 см.With a transverse dimension of the measuring chamber D = 4 cm, the transducers will be displaced along the direction of propagation of the gas stream by A = 8 cm, and for the device according to claim 4, A = 16 cm.

Расчеты показывают, что применение заявляемого технического решение позволит повысить динамический диапазон газа в 1.2-1.5 раза, а также увеличить точность в определении измеряемого расхода газа, по крайней мере, в два раза по сравнению с прототипом.Calculations show that the application of the proposed technical solution will increase the dynamic range of gas by 1.2-1.5 times, as well as increase the accuracy in determining the measured gas flow rate, at least twice as compared with the prototype.

Claims (5)

1. Ультразвуковой газовый расходомер, содержащий измерительную камеру с входным и выходным патрубками, два пьезоэлектрических преобразователя, отличающийся тем, что каждый из пьезоэлектрических преобразователей состоит, по крайней мере, из двух одинаковых приемно-излучающих блоков, смещенных относительно друг друга вдоль оси, нормальной к излучающей (принимающей) поверхности каждого из блоков, причем излучающие (принимающие) поверхности блоков параллельны друг другу.1. An ultrasonic gas flow meter containing a measuring chamber with inlet and outlet nozzles, two piezoelectric transducers, characterized in that each of the piezoelectric transducers consists of at least two identical receiving-emitting blocks, offset relative to each other along an axis normal to the radiating (receiving) surface of each of the blocks, and the radiating (receiving) surfaces of the blocks are parallel to each other. 2. Ультразвуковой газовый расходомер по п.1, отличающийся тем, что каждый преобразователь содержит четное число приемно-излучающих блоков.2. The ultrasonic gas flow meter according to claim 1, characterized in that each transducer contains an even number of receiving-emitting blocks. 3. Ультразвуковой газовый расходомер по п.1, отличающийся тем, что преобразователи расположены на противоположных боковых стенках измерительной камеры со смещением один относительно другого вдоль направления распространения газового потока.3. The ultrasonic gas flow meter according to claim 1, characterized in that the transducers are located on opposite side walls of the measuring chamber with an offset one relative to the other along the direction of propagation of the gas stream. 4. Ультразвуковой газовый расходомер по п.1, отличающийся тем, что преобразователи расположены на одной из боковых стенок измерительной камеры со смещением один относительно другого по стенке вдоль направления газового потока симметрично относительно плоскости поперечного сечения измерительной камеры, в центре противоположной боковой стенки измерительной камеры расположено, по крайней мере, одно акустическое зеркало, так, что его плоскость параллельна плоскостям излучающих (принимающих) поверхностей блоков, причем смещение блоков одного преобразователя зеркально относительно смещения блоков другого преобразователя, а плоскости зеркала и приемно-излучающих преобразователей не выступают внутрь измерительной камеры за ее плоскость.4. The ultrasonic gas flow meter according to claim 1, characterized in that the transducers are located on one of the side walls of the measuring chamber with an offset one relative to the other along the wall along the gas flow direction symmetrically with respect to the cross-sectional plane of the measuring chamber, in the center of the opposite side wall of the measuring chamber at least one acoustic mirror, so that its plane is parallel to the planes of the emitting (receiving) surfaces of the blocks, and the offset of the blocks is one th transmitter mirror relative displacement other transducer blocks, and the plane mirror receiving and emitting transducers do not protrude inside the measuring chamber for its plane. 5. Ультразвуковой газовый расходомер по п.1, отличающийся тем, что приемно-излучающие блоки каждого из преобразователей объединены в группы, причем каждая из групп состоит из одинакового количества, но не менее двух, блоков, имеющих одинаковое смещение вдоль нормали к излучающей (принимающей) поверхности. 5. The ultrasonic gas flow meter according to claim 1, characterized in that the receiving-emitting blocks of each of the transducers are combined into groups, each of the groups consisting of the same number, but not less than two, of blocks having the same offset along the normal to the radiating (receiving ) surface.
RU2012118312/28A 2012-05-03 2012-05-03 Ultrasonic gas flow meter RU2498229C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118312/28A RU2498229C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Ultrasonic gas flow meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118312/28A RU2498229C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Ultrasonic gas flow meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2498229C1 true RU2498229C1 (en) 2013-11-10

Family

ID=49683247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012118312/28A RU2498229C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Ultrasonic gas flow meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498229C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3644022A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-29 Diehl Metering GmbH Method and device for detecting fluid volume

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993003334A1 (en) * 1991-08-01 1993-02-18 Xecutek Corporation Ultrasonic gas flow measurement method and apparatus
RU27218U1 (en) * 2002-03-27 2003-01-10 Глушнев Владимир Дмитриевич PRIMARY TRANSMITTER OF ULTRASONIC FLOW METER
RU37826U1 (en) * 2003-12-04 2004-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центрприбор-наука" PRIMARY TRANSMITTER OF ULTRASONIC FLOW METER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993003334A1 (en) * 1991-08-01 1993-02-18 Xecutek Corporation Ultrasonic gas flow measurement method and apparatus
RU27218U1 (en) * 2002-03-27 2003-01-10 Глушнев Владимир Дмитриевич PRIMARY TRANSMITTER OF ULTRASONIC FLOW METER
RU37826U1 (en) * 2003-12-04 2004-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центрприбор-наука" PRIMARY TRANSMITTER OF ULTRASONIC FLOW METER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3644022A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-29 Diehl Metering GmbH Method and device for detecting fluid volume

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2955165C (en) Improved signal travel time flow meter
CN110199179B (en) Ultrasonic flowmeter and method for detecting a throughflow parameter
WO1990005283A1 (en) Method and apparatus for measuring mass flow
JP2007529725A (en) Ultrasonic flow rate flow sensor with transducer array and reflective surface
JP2007517207A (en) Ultrasonic flow sensor with crossed transmitting and receiving elements
JP3528347B2 (en) Ultrasonic flow measurement device
Kang et al. Two-dimensional flexural ultrasonic phased array for flow measurement
CA2557099A1 (en) Doppler type ultrasonic flow meter
RU2498229C1 (en) Ultrasonic gas flow meter
Jäger et al. Ultrasonic phased array for sound drift compensation in gas flow metering
RU2649421C1 (en) Ultrasonic flowmeter with metal sensor
RU2580907C1 (en) Ultrasonic waveguide level meter for liquid
KR20080048164A (en) Vortex flowmeter
JP5369940B2 (en) Ultrasonic flow meter
RU172103U1 (en) ULTRASONIC FLOW METER WITH METAL SENSOR
RU2339915C1 (en) Method of determining flow rate of components of two-phase streams and system of implementing method
JP7151311B2 (en) ultrasonic flow meter
US11221244B2 (en) Clamp-on circumferential resonance ultrasonic flowmeter for collectively exciting and receiving circumferential modes of a pipe
RU2478917C2 (en) Fluid medium flow metre in free-flow pipelines
ES2906447T3 (en) flowmeter
RU2447406C1 (en) Ultrasonic method of measuring liquid and gaseous media and apparatus for realising said method
RU2422777C1 (en) Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation
RU127329U1 (en) DEVICE FOR MEASURING SPEEDS OF OIL-WATER-GAS FLOW
JP2008107288A (en) Ultrasonic flowmeter
RU2780963C1 (en) Ultrasonic gas flow meter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140504

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150820

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

Effective date: 20180504