RU2597663C1 - Device for measuring flow velocity of liquid media - Google Patents
Device for measuring flow velocity of liquid media Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597663C1 RU2597663C1 RU2015129363/28A RU2015129363A RU2597663C1 RU 2597663 C1 RU2597663 C1 RU 2597663C1 RU 2015129363/28 A RU2015129363/28 A RU 2015129363/28A RU 2015129363 A RU2015129363 A RU 2015129363A RU 2597663 C1 RU2597663 C1 RU 2597663C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- directional coupler
- circulator
- phase detector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения скорости потока и расхода жидкостей в трубопроводах. В частности, при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов, сжиженных газов и др.The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision measurement of flow rate and flow rate of liquids in pipelines. In particular, during pipeline transportation of oil products, liquefied gases, etc.
В настоящее время известны и применяется много типов анеометров и расходомеров, основанных на разных физических принципах действия, среди которых актуальны доплеровские радиоволновые способы измерения скорости потока из-за своей способности работать в сложных эксплуатационных условиях (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 133-144 с.). Эти способы не предполагают применение элементов внутри труб, контактирующих со средой, создающих препятствия и неоднородности в потоке, устойчивы к температурным характеристикам эксплуатации. Обычно функциональная схема доплеровского измерителя скорости потока в простейшем случае содержит генератор электромагнитных колебаний, которые поступают на передающую антенну. Излучаемые антенной волны через радиопрозрачное окно в стенке трубопровода поступают внутрь и рассеиваются на неоднородностях движущейся жидкости и поступают на приемную антенну с частотой , отличной от частоты зондирующей волны на частоту . Неоднородностями в измеряемой жидкой среде при этом могут быть газовые и твердые включения, а также другие жидкости, обладающие электрофизическими параметрами ε, отличными от таковых для контролируемого вещества. Направления движения неоднородностей образуют различные углы с направлением этой волны. Произвольная ориентация неоднородностей, случайные значения фазы отраженных каждой неоднородностью сигналов приводят к образованию доплеровского сигнала сложной формы. Тем не менее, средняя доплеровская частота связана со средней скоростью потока по формуле:Currently, many types of aneometers and flow meters are known and are used, based on different physical principles of operation, among which Doppler radio wave methods for measuring the flow velocity are relevant because of their ability to work in difficult operating conditions (Viktorov V.A., Lunkin B.V. , Sovlukov AS Radio wave measurements of the parameters of technological processes. M: Energoatomizdat, 1989. 133-144 p.). These methods do not involve the use of elements inside pipes that are in contact with the medium, creating obstacles and inhomogeneities in the flow, and are resistant to the temperature characteristics of operation. Usually, the functional diagram of a Doppler flow velocity meter in the simplest case contains an electromagnetic oscillation generator that arrives at the transmitting antenna. Radiated by the antenna waves through a radiolucent window in the wall of the pipeline enter and dissipate on the inhomogeneities of the moving fluid and arrive at the receiving antenna with a frequency different from frequency sounding wave at a frequency . In this case, inhomogeneities in the measured liquid medium can be gaseous and solid inclusions, as well as other liquids with electrophysical parameters ε different from those for the controlled substance. The directions of motion of the inhomogeneities form different angles with the direction of this wave. Arbitrary orientation of the inhomogeneities, random phase values of the signals reflected by each heterogeneity lead to the formation of a complex Doppler signal. However, the average Doppler frequency related to average flow rate according to the formula:
где α - угол между направлением излучения и потоком в трубе, - длина волны в среде измерения, а ε - ее диэлектрическая проницаемость, с - скорость света в вакууме. Зная объемную плотность ρ вещества и скорость v потока, можно определить массовый расход:where α is the angle between the direction of radiation and the flow in the pipe, is the wavelength in the measuring medium, and ε is its dielectric constant, and c is the speed of light in vacuum. Knowing the bulk density ρ of the substance and the velocity v of the flow, we can determine the mass flow rate:
где S - площадь поперечного сечения потока на измерительном участке. Подставив значение из выражения (1) в (2), получим выражение для среднего массового расходаwhere S is the cross-sectional area of the flow in the measuring section. Substituting the value from the expression (1) in (2), we obtain the expression for the average mass flow rate
Известно техническое решение - доплеровский измеритель скорости потока, содержащий генератор СВЧ, направленный ответвитель, циркулятор, приемо-передающую антенну, смеситель, полосовой фильтр, регистрирующее устройство, по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому устройству и принятое в качестве прототипа (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 136-137 с.). Доплеровский сигнал в данном устройстве выделялся на выходе смесителя, на один вход которого поступал опорный сигнал от задающего генератора через направленный ответвитель, а на второй - сигнал, отраженный от потока вещества после облучения его через приемо-передающую антенну под углом α к потоку в трубе через герметичное радиопрозрачное окно. При этом для связи между генератором, антенной и смесителем использовался циркулятор. После фильтрации и записи доплеровского сигнала, по максимуму спектральной плотности которого определялась средняя доплеровская частота, оценивался расход в соответствии с формулой (3).A technical solution is known - a Doppler flow velocity meter containing a microwave generator, a directional coupler, a circulator, a transceiver antenna, a mixer, a band-pass filter, a recording device, which in technical essence is closest to the proposed device and adopted as a prototype (V. Viktorov , Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of the parameters of technological processes.M.: Energoatomizdat, 1989. 136-137 p.). The Doppler signal in this device was allocated at the output of the mixer, the reference signal from the master oscillator through a directional coupler fed to one input, and the signal reflected from the substance flow after irradiation through the transceiver antenna at an angle α to the flow in the pipe through tight radio-transparent window. In this case, a circulator was used for communication between the generator, antenna, and mixer. After filtering and recording the Doppler signal, whose maximum spectral density determined the average Doppler frequency, the flow rate was estimated in accordance with formula (3).
Данное измерительное устройство имеет существенный недостаток. Из формулы (1) следует, что скорость потокаThis measuring device has a significant drawback. From formula (1) it follows that the flow rate
зависит от диэлектрической проницаемости среды, которая в реальных условиях может постоянно меняться из-за изменений химического состава и температуры. Это приводит к погрешности в измерении скорости потока и, следовательно, расхода.depends on the dielectric constant of the medium, which in real conditions can constantly change due to changes in chemical composition and temperature. This leads to errors in the measurement of the flow rate and, consequently, the flow rate.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of measurement.
Технический результат достигается тем, что радиоволновое устройство для измерения скорости потока жидких сред содержит генератор СВЧ, циркулятор, приемо-передающую антенну, направленную через радиопрозрачное окно в трубопроводе под углом к направлению движения потока, смеситель, вычислительный блок, соединенный с выходом смесителя, и первый направленный ответвитель, основной выход которого соединен с первым входом циркулятора, а дополнительный выход соединен с первым входом смесителя, при этом второй вход смесителя соединен со вторым выводом циркулятора, а третий вывод циркулятора соединен с приемо-передающей антенной. Дополнительно устройство содержит второй и третий направленные ответвители, фазовый детектор, выходом соединенный с управляющим входом генератора СВЧ, выход которого соединен с входом второго направленного ответвителя, основной выход которого в свою очередь соединен с входом третьего направленного ответвителя, дополнительный выход которого соединен с первым входом фазового детектора, устройства ввода и вывода электромагнитной волны в трубопровод, соединенные соответственно с основным выходом третьего направленного ответвителя и со вторым входом фазового детектора, умножитель частоты, входом соединенный с дополнительным выходом второго направленного ответвителя, а выходом с входом первого направленного ответвителя.The technical result is achieved in that the radio wave device for measuring the flow rate of liquid media contains a microwave generator, a circulator, a transceiver antenna directed through a radio-transparent window in the pipeline at an angle to the direction of flow, a mixer, a computing unit connected to the output of the mixer, and the first directional coupler, the main output of which is connected to the first input of the circulator, and the additional output is connected to the first input of the mixer, while the second input of the mixer is connected to the second terminal of the circulator and a third terminal of the circulator is connected to the transceiver antenna. Additionally, the device contains a second and third directional couplers, a phase detector, connected to the control input of the microwave generator by the output, the output of which is connected to the input of the second directional coupler, the main output of which is in turn connected to the input of the third directional coupler, the additional output of which is connected to the first input of the phase detector, input and output devices of the electromagnetic wave into the pipeline, respectively connected to the main output of the third directional coupler and about the second input of the phase detector, the frequency multiplier, the input connected to the additional output of the second directional coupler, and the output with the input of the first directional coupler.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где представлена его структурная схема.The proposed device is illustrated in the drawing, which presents its structural diagram.
Устройство содержит генератор СВЧ 1, направленные ответвители - 2, 3 и 8, устройство ввода электромагнитной волны в трубопровод 4 и вывода из него - 5, фазовый детектор 6, умножитель частоты 7, циркулятор 9, приемо-передающую антенну 10, смеситель 11 и вычислительный блок 12.The device comprises a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Электромагнитные волны, поступающие от генератора СВЧ 1 с частотой , через направленные ответвители 2 и 3 поступают через устройство ввода 4 в трубопровод с жидкостью, затем принимаются устройством вывода электромагнитных волн 5, расположенного на расстоянии L от ввода, и подаются на вход фазового детектора 6. Поскольку на второй вход фазового детектора поступают электромагнитные колебания от дополнительного выхода направленного ответвителя 3, на его выходе формируется напряжение, пропорциональное разности фаз, которое поступает на управляющий вход генератора СВЧ, перестраивая его частоту до момента равенства нулю сигнала на выходе фазового детектора. Диапазон перестройки генератора СВЧ выбран таким образом, что длина волны в среде - много больше размеров неоднородностей, присутствующих в потоке, поэтому фаза принимаемого сигнала будет зависеть только от расстояния L, частоты и усредненного значения ε. Электромагнитные колебания с частотой поступают на вход умножителя частоты на k, с выхода которого сигнал с частотой поступает через направленный ответвитель 8 и циркулятор 9 на приемо-передающую антенну 10, затем излучаются через герметичное радиопрозрачное окно 13 в трубопроводе 14 под углом α к направлению потока. Часть сигнала с частотой через дополнительный выход направленного ответвителя 8 приходит на первый вход смесителя 11. На второй вход смесителя через циркулятор поступают электромагнитные волны, отраженные от неоднородностей в потоке, которые в этом случае соизмеримы с длиной волны излучения, и принятые антенной 10. В результате на выходе смесителя формируется доплеровский сигнал, который обрабатывается в вычислительном блоке 12, где по максимуму спектральной плотности определяется средняя доплеровская частота (см. формулу (1)), которая зависит как от частоты СВЧ излучения , так и от диэлектрической проницаемости среды распространения ε. Поскольку с увеличением или уменьшением ε соответственно уменьшается или увеличивается , произведение остается постоянным. Таким образом, доплеровская частота и скорость потока остается неизменной несмотря на изменения ε внутри возможного диапазона ее изменения: ε-Δε≤ε≤ε+Δε.Electromagnetic waves coming from the
Выражение можно записать исходя из условия равенства нулю сигнала на выходе фазового детектораExpression can be written based on the condition that the signal at the output of the phase detector is equal to zero
, ,
где n - целое число полуволн электромагнитных колебаний в среде, в данном случае это постоянная величина в пределах изменения ε, отсюда следует:where n is an integer of half-waves of electromagnetic oscillations in the medium, in this case it is a constant value within the range of ε, hence it follows:
. .
Подставив это выражение в формулу (4) с учетом того, что , получим выражение для скорости потока, не зависящее от ε:Substituting this expression into formula (4), taking into account that , we obtain an expression for the flow velocity independent of ε:
. .
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129363/28A RU2597663C1 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Device for measuring flow velocity of liquid media |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129363/28A RU2597663C1 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Device for measuring flow velocity of liquid media |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2597663C1 true RU2597663C1 (en) | 2016-09-20 |
Family
ID=56937758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015129363/28A RU2597663C1 (en) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | Device for measuring flow velocity of liquid media |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2597663C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU896418A1 (en) * | 1980-05-29 | 1982-01-07 | Ордена Ленина Институт Проблем Управления | Device for measuring liquid and loose media mass consumption |
SU1257409A1 (en) * | 1984-08-27 | 1986-09-15 | Ордена Ленина Институт Проблем Управления (Автоматики И Телемеханики) | Device for measuring mass flow rate of substance |
JPH08285649A (en) * | 1995-04-10 | 1996-11-01 | Tokimec Inc | Radio wave current meter |
RU2247947C1 (en) * | 2003-12-30 | 2005-03-10 | Андрейчиков Борис Иванович | Method and device for measuring three-phase fluid flow rate |
-
2015
- 2015-07-17 RU RU2015129363/28A patent/RU2597663C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU896418A1 (en) * | 1980-05-29 | 1982-01-07 | Ордена Ленина Институт Проблем Управления | Device for measuring liquid and loose media mass consumption |
SU1257409A1 (en) * | 1984-08-27 | 1986-09-15 | Ордена Ленина Институт Проблем Управления (Автоматики И Телемеханики) | Device for measuring mass flow rate of substance |
JPH08285649A (en) * | 1995-04-10 | 1996-11-01 | Tokimec Inc | Radio wave current meter |
RU2247947C1 (en) * | 2003-12-30 | 2005-03-10 | Андрейчиков Борис Иванович | Method and device for measuring three-phase fluid flow rate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100439870C (en) | A method and flow meter for determining the flow rates of a multiphase fluid | |
RU2418269C2 (en) | Method and apparatus for tomographic measurement of multiphase flow | |
AU2011295673B2 (en) | Multiphase fluid characterization system | |
KR101810722B1 (en) | Integrated acoustic phase separator and multiphase fluid composition monitoring apparatus and method | |
EP1926991B1 (en) | Systems and methods for measuring multiphase flow in a hydrocarbon transporting pipeline | |
US8428892B2 (en) | Viscous fluid flow measurement using a differential pressure measurement and a SONAR measured velocity | |
US11841255B2 (en) | Systems, methods, and apparatus to measure multiphase flows | |
Takamoto et al. | New measurement method for very low liquid flow rates using ultrasound | |
RU2620774C1 (en) | Method for measuring mass liquid medium flow rate | |
RU2585320C1 (en) | Device for measuring mass flow of liquid and loose media | |
RU2620779C1 (en) | Device for measuring mass liquid medium flow | |
RU2601273C1 (en) | Device for measuring mass flow of liquid media | |
RU2597666C1 (en) | Method of measuring mass flow rate of liquid media | |
RU2597663C1 (en) | Device for measuring flow velocity of liquid media | |
WO1994017373A1 (en) | Procedure for determining material flow rate | |
RU2504739C1 (en) | Device for determining fluid level in container | |
RU2601538C1 (en) | Device for measuring mass flow of liquid media | |
RU2611255C1 (en) | Radiowave flow meter | |
RU2654926C1 (en) | Method of measuring mass flow of liquid and loose media | |
RU2654929C1 (en) | Device for measuring mass flow of liquid and loose media | |
RU2611336C1 (en) | Method of measurement of mass flow rate of liquid and dry environments | |
RU2612033C1 (en) | Method for measuring composition of three-component water-containing substance in stream | |
RU2670367C1 (en) | Device for determining the quantity of drilling solution in a tank | |
JP6066551B2 (en) | Method for measuring concentration or flow rate of powder or fluid flowing in pipe, and measuring apparatus therefor | |
RU2194950C2 (en) | Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200718 |