RU2772621C1 - Device and method for ultrasonic measurement of flow rate and fluid flow rate - Google Patents

Device and method for ultrasonic measurement of flow rate and fluid flow rate Download PDF

Info

Publication number
RU2772621C1
RU2772621C1 RU2021127974A RU2021127974A RU2772621C1 RU 2772621 C1 RU2772621 C1 RU 2772621C1 RU 2021127974 A RU2021127974 A RU 2021127974A RU 2021127974 A RU2021127974 A RU 2021127974A RU 2772621 C1 RU2772621 C1 RU 2772621C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow rate
housing
channels
holes
fluid
Prior art date
Application number
RU2021127974A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Деревягин
Глеб Александрович Деревягин
Original Assignee
Александр Михайлович Деревягин
Глеб Александрович Деревягин
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Михайлович Деревягин, Глеб Александрович Деревягин filed Critical Александр Михайлович Деревягин
Application granted granted Critical
Publication of RU2772621C1 publication Critical patent/RU2772621C1/en
Priority to CN202280058451.3A priority Critical patent/CN117917996A/en
Priority to PCT/RU2022/050292 priority patent/WO2023048599A1/en
Priority to DE112022004558.2T priority patent/DE112022004558T5/en

Links

Images

Abstract

FIELD: flow rate measuring devices.
SUBSTANCE: device (100) for measuring the flow rate and fluid flow rate in a plurality of flows (103), in dedicated channels (104) contains a housing (102), ultrasonic transducers (105), means for directing ultrasonic waves along an acoustic path (107) crossing part of the channels (104), means (108) for calculating the flow rate and flow rate of the fluid using the generated electrical signals. A method for measuring the flow rate is also proposed.
EFFECT: increased accuracy of measurements.
18 cl, 17 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области ультразвукового измерения параметров потока текучей среды, протекающей по трубопроводу. В частности, изобретение может использоваться для измерения скорости потока текучих сред, таких как нефть, газ, вода или их комбинации.The invention relates to the field of ultrasonic measurement of the flow parameters of a fluid medium flowing through a pipeline. In particular, the invention can be used to measure the flow rate of fluids such as oil, gas, water, or combinations thereof.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Из уровня техники известны устройства для измерения скорости текучих сред.Devices for measuring the velocity of fluids are known from the prior art.

Известным из уровня техники решениям присущи недостатки, вызванные наличием турбулентного потока в зоне измерения, в результате чего точность измерений снижается.The solutions known from the prior art have disadvantages caused by the presence of turbulent flow in the measurement zone, as a result of which the measurement accuracy is reduced.

Для уменьшения влияния турбулентности потока в зоне измерения рекомендуется монтировать расходомер на прямолинейных участках без изменения сечения на протяжении 5…10 диаметров трубы до и после расходомера. Однако наличие таких больших прямолинейных участков требует значительных материальных затрат и отведения дополнительного пространства для обустройства таких прямолинейных участков. Более того, точность поддержания прямолинейности на всем этом участке также должна быть соблюдена. На трубопроводах малых диаметров прямолинейность в большинстве случаев обеспечивается автоматически. Но с увеличением диаметра трубопровода соблюсти и проконтролировать необходимую прямолинейность становиться все труднее. Также на точность измерений расходомера влияют низкочастотные периодические колебания, связанные с колебаниями гидростатического напора, например, колебания, обусловленные наличием вихревых движений потока при прохождении криволинейных участков.To reduce the effect of flow turbulence in the measurement zone, it is recommended to mount the flow meter in straight sections without changing the cross section for 5…10 pipe diameters before and after the flow meter. However, the presence of such large straight sections requires significant material costs and the allocation of additional space for the arrangement of such straight sections. Moreover, the accuracy of maintaining straightness throughout this area must also be observed. On pipelines of small diameters, straightness is in most cases provided automatically. But with an increase in the diameter of the pipeline, it becomes more and more difficult to maintain and control the necessary straightness. Also, the measurement accuracy of the flow meter is affected by low-frequency periodic oscillations associated with hydrostatic head fluctuations, for example, oscillations due to the presence of vortex flow movements during the passage of curved sections.

Также для уменьшения влияния турбулентности потока в зоне измерения, сглаживания пульсаций скорости потока текучей среды, вызванных периодическими вихрями, срывающимися с различных плохо обтекаемых элементов корпуса расходомера (например, вход трубопровода в корпус, выход трубопровода, изменение диаметров внутри трубопровода, наличие неровностей при производстве корпуса), и поперечными потоками, в расходомерах предусматривают наличие средств выравнивающих входной поток, установленных перед измерительным средством, т.е. до зоны измерения.Also, to reduce the effect of flow turbulence in the measurement zone, smooth out fluctuations in the fluid flow rate caused by periodic vortices breaking off from various poorly streamlined elements of the flowmeter body (for example, the pipeline inlet into the body, the pipeline outlet, changes in diameters inside the pipeline, the presence of irregularities in the manufacture of the body ), and transverse flows, the flowmeters provide for the presence of means for equalizing the inlet flow, installed in front of the measuring tool, i.e. to the measuring area.

Из уровня техники известно решение RU 2019139464 в котором предусмотрено наличие средств выравнивающих входной поток, установленных перед измерительным средством, таких как хонейкомб или детурбулизирующая сетка. Эти средства позволят улучшить поле скоростей и уменьшить скосы и степени турбулентности потока.The solution RU 2019139464 is known from the prior art, which provides for the presence of means for leveling the inlet flow installed in front of the measuring means, such as a honeycomb or a deturbulent grid. These tools will improve the velocity field and reduce the slopes and degrees of turbulence in the flow.

Также в решении RU 2735416 представлен вариант осуществления, в котором во входной камере предусмотрено средство, выравнивающие входной поток, такое как хонейком 2 в виде решетки с ячейками квадратной или шестиугольной формы, установленный до зоны измерения вдоль оси корпуса. Это средство позволят улучшить поле скоростей и уменьшить скосы и степени турбулентности потока.Also, decision RU 2735416 presents an embodiment in which the inlet chamber is provided with a means for equalizing the inlet flow, such as honeycomb 2 in the form of a grid with cells of a square or hexagonal shape, installed up to the measurement zone along the body axis. This tool will improve the velocity field and reduce the slopes and degrees of turbulence in the flow.

Однако, следует отметить, что установка таких средств, выравнивающих входной поток, до зоны измерения не позволит исключить влияния плохо обтекаемых элементов внутри корпуса расходомера (например, переход трубопровода внутри корпуса, переход корпуса расходомера в трубопровод, изменение диаметров внутри корпуса расходомера, наличие технологических отверстий в корпусе расходомера, наличие неровностей при производстве корпуса) на результаты измерения ввиду того, что невозможно предсказать поведение текучей среды внутри корпуса расходомера после средств выравнивания.However, it should be noted that the installation of such means that equalize the inlet flow up to the measurement zone will not allow to exclude the influence of badly streamlined elements inside the flowmeter body (for example, the transition of the pipeline inside the body, the transition of the flowmeter body into the pipeline, changes in diameters inside the flowmeter body, the presence of process holes in the flowmeter body, the presence of irregularities in the manufacture of the body) on the measurement results due to the fact that it is impossible to predict the behavior of the fluid inside the flowmeter body after the alignment means.

С целью преодоления вышеуказанных недостатков предложено устройство для измерения скорости потока и расхода текучей среды, проходящей в основном направлении потока, содержащее корпус, средство для разделения потока текучей среды на множество потоков, причем каждый из множества потоков проходит в выделенном для него канале, расположенном в корпусе по меньшей мере одну пару ультразвуковых преобразователей, установленных в корпусе и предназначенных для формирования и приема ультразвуковых волн, пересекающих каналы, и для генерации электрических сигналов в ответ на прием ультразвуковых волн; средство для направления ультразвуковых волн по акустическому пути, пересекающему по меньшей мере часть из каналов; средство для вычисления скорости потока и расхода текучей среды с использованием сформированных электрических сигналов.In order to overcome the above disadvantages, a device is proposed for measuring the flow rate and flow rate of a fluid passing in the main flow direction, containing a housing, a means for dividing the fluid flow into a plurality of flows, each of the plurality of flows passing in a dedicated channel located in the housing at least one pair of ultrasonic transducers installed in the housing and designed to generate and receive ultrasonic waves crossing the channels, and to generate electrical signals in response to receiving ultrasonic waves; means for directing ultrasonic waves along an acoustic path crossing at least a portion of the channels; means for calculating the flow rate and flow rate of the fluid using the generated electrical signals.

Также предложен способ измерения скорости потока и расхода текучей среды, протекающей в основном направлении потока, в котором пропускают текучую среду через устройство, и выдают показание измерения скорости потока текучей среды и расхода текучей среды.Also provided is a method for measuring the flow rate and flow rate of a fluid flowing in the main flow direction, in which the fluid is passed through the device and a reading of the measurement of the fluid flow rate and fluid flow rate is provided.

Заявленное решение позволяет исключить влияние плохо обтекаемых элементов внутри корпуса расходомера на результаты измерения ввиду того, что текучая среда в зоне измерения внутри корпуса расходомера будет состоять из множеств потоков, каждый из которых будет проходит в выделенном для него канале меньшего диаметра, чем основной трубопровод, и прямолинейность таких каналов может быть обеспечена при производстве расходомера.The claimed solution makes it possible to eliminate the influence of poorly streamlined elements inside the flowmeter body on the measurement results due to the fact that the fluid medium in the measurement zone inside the flowmeter body will consist of multiple flows, each of which will pass in a dedicated channel of a smaller diameter than the main pipeline, and the straightness of such channels can be ensured during the production of the flowmeter.

Более того, предложенное решение позволит отказаться от использования длинных прямолинейных участков, и, соответственно, снизит материальные затраты и уменьшит необходимое пространство для обустройства прямолинейных участков.Moreover, the proposed solution will eliminate the use of long straight sections, and, accordingly, reduce material costs and reduce the required space for arranging straight sections.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В соответствии с описанием предложено устройство для измерения скорости потока и расхода текучей среды, проходящей в основном направлении потока, содержащее корпус, средство для разделения потока текучей среды на множество потоков, причем каждый из множества потоков проходит в выделенном для него канале, расположенном в корпусе по меньшей мере одну пару ультразвуковых преобразователей, установленных в корпусе и предназначенных для формирования и приема ультразвуковых волн, пересекающих каналы, и для генерации электрических сигналов в ответ на прием ультразвуковых волн; средство для направления ультразвуковых волн по акустическому пути, пересекающему по меньшей мере часть из каналов; средство для вычисления скорости потока и расхода текучей среды с использованием сформированных электрических сигналов. Также предложен способ, в котором используется вышеуказанное устройство для измерения скорости и расхода потока текучей среды.In accordance with the description, a device is proposed for measuring the flow rate and flow rate of a fluid passing in the main flow direction, containing a housing, a means for dividing the fluid flow into a plurality of flows, each of the plurality of flows passing in a dedicated channel located in the housing along at least one pair of ultrasonic transducers installed in the housing and designed to generate and receive ultrasonic waves crossing the channels, and to generate electrical signals in response to receiving ultrasonic waves; means for directing ultrasonic waves along an acoustic path crossing at least a portion of the channels; means for calculating the flow rate and flow rate of the fluid using the generated electrical signals. A method is also provided which uses the above device to measure the speed and flow rate of a fluid.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Фиг. 1А-1G - представлен вариант осуществления, в котором разделение основного потока текучей среды осуществляется с помощью множества труб, установленных параллельно основному направлению потока и закрепленных внутри корпуса устройства для измерения скорости потока и расхода текучей среды.Fig. 1A-1G illustrate an embodiment in which separation of the main fluid flow is accomplished by a plurality of tubes arranged parallel to the main flow direction and secured inside the body of the flow rate and flow rate measuring device.

Фиг. 2 - представлен вариант осуществления, в котором разделение основного потока текучей среды в корпусе осуществляется с помощью пары перпендикулярных основному потоку пластин с отверстиями, каждое из которых выходит в трубку, соединяющую отверстия в пластинах.Fig. 2 shows an embodiment in which separation of the main fluid flow in the body is accomplished by means of a pair of orifice plates perpendicular to the main flow, each of which opens into a tube connecting the holes in the plates.

Фиг. 3А-3С - представлен вариант осуществления, в котором разделение основного потока текучей среды осуществляется с помощью сквозных отверстий, выполненных параллельно основному направлению потока в сплошном корпусе устройства для измерения скорости потока и расхода текучей среды.Fig. 3A-3C show an embodiment in which the separation of the main fluid flow is achieved by means of through holes made parallel to the main flow direction in the solid body of the device for measuring the flow rate and flow rate of the fluid.

На Фиг. 4А-4С - представлен вариант осуществления, в котором для направления ультразвуковых волн по акустическому пути используется пара отверстий в корпусе, совокупность отверстий во множестве каналов и совокупность отражающих поверхностей.On FIG. 4A-4C illustrate an embodiment that uses a pair of openings in a housing, a plurality of holes in a plurality of channels, and a plurality of reflective surfaces to guide ultrasonic waves along an acoustic path.

ФИГ. 5А-5С - схематически представлены варианты осуществления отверстий в трубках и отражающих поверхностей.FIG. 5A-5C are schematic representations of embodiments of tube openings and reflective surfaces.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

На Фиг. 1А-1G схематически представлено измерительное устройство (100) для измерения скорости потока текучей среды, протекающей в трубопроводе в основном направлении (101) потока, показанном стрелкой. Измерительное устройство содержит соединенный с трубопроводом корпус (102), выполненный в виде любого тела вращения, предпочтительно, корпус может представлять собой удлиненный цилиндр. Корпус можно получить любым известным из уровня техники способом, например, сваркой, ковкой или штамповкой из стального листа.On FIG. 1A-1G are schematic representations of a measuring device (100) for measuring the flow rate of a fluid flowing in a conduit in the main flow direction (101) indicated by the arrow. The measuring device includes a body (102) connected to the pipeline, made in the form of any body of rotation, preferably, the body can be an elongated cylinder. The housing can be produced by any method known in the art, such as welding, forging or stamping from a steel sheet.

В корпусе расположено средство для разделения потока текучей среды на множество потоков (103), причем каждый из множества потоков проходит в выделенном для него канале (104).Means for dividing the fluid flow into a plurality of flows (103) are located in the housing, each of the plurality of flows passes in a channel (104) dedicated to it.

В качестве средства для разделения потока текучей среды на множество потоков может выступать множество трубок (111), установленных параллельно основному направлению потока (101) и закрепленных внутри корпуса (102), также возможен вариант крепления трубок между собой. Площади поперечных сечений каждой из множества трубок могут быть одинаковыми - фиг. 1Е. Поперечные сечения трубок могут иметь различные формы, например, круг, овал, квадрат, шестиугольник, либо их комбинации. Возможны варианты осуществления, в которых площади поперечных сечений каждой из множества трубок могут быть неодинаковыми - фиг. 1F.A plurality of tubes (111) installed parallel to the main flow direction (101) and fixed inside the housing (102) can act as a means for dividing the fluid flow into a plurality of flows, it is also possible to attach the tubes to each other. The cross-sectional areas of each of the plurality of tubes may be the same - FIG. 1E. The cross sections of the tubes may have various shapes, such as round, oval, square, hexagon, or combinations thereof. Embodiments are possible in which the cross-sectional areas of each of the plurality of tubes may not be the same - FIG. 1F.

Также возможен вариант на фиг. 1D, в котором трубка (111) дополнительно разделена на множество более мелких каналов, например, внутри трубки (111) закреплены множество других трубок (111'), в этом случае предусмотрено сквозное отверстие, которое проходит через стенки трубки (111) и по меньшей мере через часть стенок трубок (111'), для обеспечения прохода ультразвуковых волн насквозь трубок (111). В этом и других вариантах осуществления ультразвуковые волны не обязательно должны проходить через каждую из трубок (111').Also possible is the variant in Fig. 1D, in which the tube (111) is further divided into a plurality of smaller channels, for example, a plurality of other tubes (111') are fixed inside the tube (111), in this case a through hole is provided that passes through the walls of the tube (111) and at least least through part of the walls of the tubes (111'), to ensure the passage of ultrasonic waves through the tubes (111). In this and other embodiments, the implementation of ultrasonic waves do not have to pass through each of the tubes (111').

Поскольку через все каналы поток идет с одинаковой скоростью, то достаточно измерить скорость потока только в части каналов с определенной погрешностью и эту погрешность подтвердить на калибровочном стенде.Since the flow goes through all channels at the same speed, it is enough to measure the flow speed only in some of the channels with a certain error and confirm this error on a calibration stand.

Кроме того, наличие каналов в зоне измерения позволит снизить влияние внешних акустических помех, а также обеспечить многократное прохождение акустического сигнала через поток и исключить влияние бокового переотражения волн на точность измерения. При этом многократное прохождение ультразвуковых волн через множество трубок позволит повысить точность измерения.In addition, the presence of channels in the measurement zone will reduce the effect of external acoustic interference, as well as ensure multiple passage of the acoustic signal through the flow and eliminate the effect of lateral reflection of waves on the measurement accuracy. In this case, the repeated passage of ultrasonic waves through a plurality of tubes will improve the measurement accuracy.

С целью измерения скорости потока и расхода текучей среды устройство (100) содержит по меньшей мере одну пару ультразвуковых преобразователей (105), разнесенных по потоку, и предназначенных для измерения скорости потока текучей среды, проходящей через по меньшей мере часть из множества каналов (104), установленных снаружи корпуса (102). По меньшей мере одна пара ультразвуковых преобразователей (105) предназначена для формирования и приема ультразвуковых волн, проходящих через множество каналов (104), и для формирования электрических сигналов в ответ на прием ультразвуковых волн, который направляется для обработки в средство (108) для вычисления скорости потока и расхода текучей среды с использованием сформированных электрических сигналов. Средство (108) представляет собой процессорный блок, реализованный аппаратными или программными средствами, либо их комбинациями.In order to measure the flow rate and flow rate of the fluid, the device (100) contains at least one pair of ultrasonic transducers (105), spaced apart along the flow, and designed to measure the flow rate of the fluid passing through at least part of the plurality of channels (104) mounted on the outside of the housing (102). At least one pair of ultrasonic transducers (105) is designed to generate and receive ultrasonic waves passing through a plurality of channels (104), and to generate electrical signals in response to receiving ultrasonic waves, which is sent for processing to a means (108) for calculating the speed flow and flow rate of the fluid using the generated electrical signals. Means (108) is a processing unit implemented in hardware or software, or combinations thereof.

По меньшей мере одна пара ультразвуковых преобразователей (105) может быть разнесена по потоку и установлена в одной плоскости на одной стороне корпуса (102) - фиг. 1А, 1В, либо установлена на противоположных плоскостях по обе стороны корпуса (102), фиг. 1С, 1Е).At least one pair of ultrasonic transducers (105) can be spaced apart along the flow and installed in the same plane on one side of the housing (102) - FIG. 1A, 1B, or mounted on opposite planes on both sides of the housing (102), FIG. 1C, 1E).

Каждый из пары ультразвуковых преобразователей (105) имеет излучающую поверхность (114), по существу совмещенную с внутренней поверхностью корпуса (102) и параллельную оси корпуса, фиг. 4С.Each of the pair of ultrasonic transducers (105) has a radiating surface (114) substantially aligned with the inner surface of the housing (102) and parallel to the axis of the housing, FIG. 4C.

Использование преобразователя с широкой диаграммой направленности акустического излучателя позволит совместить излучающую поверхность ультразвукового преобразователя с внутренней поверхностью корпуса. Такое совмещение поверхностей позволит снизить риск загрязнения преобразователя по сравнению с вариантом установки преобразователя под углом, в котором образуется углубление. Такая конструкция имеет более простую технологию установки преобразователя в отверстие, выполненное под прямым углом.The use of a transducer with a wide radiation pattern of the acoustic emitter will make it possible to combine the radiating surface of the ultrasonic transducer with the inner surface of the housing. This alignment of the surfaces will reduce the risk of contamination of the transducer compared to mounting the transducer at an angle that forms a dimple. This design has a simpler technology for installing the transducer in a hole made at a right angle.

Также устройство (100) для измерения скорости потока и расхода текучей среды снабжено средством для направления ультразвуковых волн по акустическому пути (107), проходящему между по меньшей мере одной парой ультразвуковых преобразователей (105) и через множество каналов (104).Also, the device (100) for measuring the flow rate and flow rate of the fluid is provided with means for directing ultrasonic waves along an acoustic path (107) passing between at least one pair of ultrasonic transducers (105) and through a plurality of channels (104).

В качестве средства для направления ультразвуковых волн по акустическому пути (107) используется по меньшей мере пара отверстий (106) в корпусе (102), совмещенных с по меньшей мере одной парой ультразвуковых преобразователей (105), причем через отверстия (106) ультразвуковые волны проходят внутрь корпуса (102) и выходят наружу из корпуса (102). Для направления ультразвуковых волн внутри корпуса (102) используются сквозные отверстия (109) через трубки (111).As a means for directing ultrasonic waves along the acoustic path (107), at least a pair of holes (106) in the housing (102) is used, combined with at least one pair of ultrasonic transducers (105), and ultrasonic waves pass through the holes (106) inside the body (102) and out of the body (102). Through holes (109) through tubes (111) are used to direct ultrasonic waves inside the housing (102).

Также, для направления ультразвуковых волн может использоваться совокупность отражающих поверхностей (110), установленных на внутренней поверхности корпуса - фиг. 1А, 1F и/или совокупность отражающих поверхностей (112), установленных на внешней поверхности трубок, фиг. 4В. На фиг. 1F представлен вариант осуществления, в котором акустический путь имеет два отражения внутри корпуса, на фиг. 1G имеется четыре отражения внутри корпуса, причем профиль акустического пути представляет собой «пятиконечную звезду».Also, a combination of reflective surfaces (110) mounted on the inner surface of the housing can be used to direct ultrasonic waves - FIG. 1A, 1F and/or a combination of reflective surfaces (112) mounted on the outer surface of the tubes, FIG. 4B. In FIG. 1F shows an embodiment in which the acoustic path has two reflections within the enclosure, FIG. 1G, there are four reflections inside the cabinet, with the acoustic path profile being a "five-pointed star".

Отражающая поверхность (110), (112) может представлять собой пластину, предназначенную для приема и направления ультразвуковых волн по акустическому пути. Также в пластине может быть предусмотрена вогнутая искривленная поверхность, либо сама пластина может представлять собой вогнутую искривленную поверхность, для приема и фокусировки на принимающий преобразователь и направления ультразвуковых волн по акустическому пути. Вогнутая искривленная поверхность позволит сфокусировать расходящиеся ультразвуковые волны от одного преобразователя и направить их на другой преобразователь с увеличением мощности сигнала, фиг. 5С.The reflective surface (110), (112) may be a plate for receiving and directing ultrasonic waves along an acoustic path. Also, a concave curved surface can be provided in the plate, or the plate itself can be a concave curved surface, for receiving and focusing on the receiving transducer and directing ultrasonic waves along the acoustic path. The concave curved surface will make it possible to focus the diverging ultrasonic waves from one transducer and direct them to another transducer with an increase in signal power, Fig. 5C.

Пластина может быть прикреплена посредством одного из сварки, клея, разборного соединения, либо интегрирована с трубкой и формируется при производстве трубки.The plate can be attached by one of welding, adhesive, detachable connection, or integrated with the tube and formed during the production of the tube.

В варианте осуществления на фиг. 2 представлен другой вариант осуществления средства для разделения потока текучей среды на множество потоков, представляющее собой пару пластин (201), установленных, на входе в корпус (102) и на выходе из корпуса (102), перпендикулярно основному направлению потока (101), причем каждая из пластин (201) содержит множество отверстий (202), каждое из которых выходит в трубку (203), закрепленную в отверстии (202), в результате множество трубок (203) проходят внутри корпуса (102) между пластинами (201).In the embodiment of FIG. 2 shows another embodiment of the means for dividing a fluid flow into a plurality of flows, which is a pair of plates (201) installed at the inlet to the housing (102) and at the outlet of the housing (102), perpendicular to the main direction of flow (101), and each of the plates (201) contains a plurality of holes (202), each of which opens into a tube (203) fixed in the hole (202), as a result, a plurality of tubes (203) pass inside the housing (102) between the plates (201).

На фиг. 3А-3В схематически представлен еще один вариант осуществления изобретения в котором корпус (102) является сплошным и средство для разделения потока текучей среды на множество потоков представляет собой множество сквозных отверстий (301), выполненных параллельно основному направлению потока (101) в сплошном корпусе (102). Также, в этом варианте предусмотрены отверстия (302) в сплошном корпусе (102) по ходу следования акустического пути (107). Такой вариант осуществления не предусматривает наличие отражающих поверхностей.In FIG. 3A-3B is a schematic representation of another embodiment of the invention in which the housing (102) is solid and the means for dividing the fluid flow into a plurality of flows is a plurality of through holes (301) made parallel to the main flow direction (101) in a solid housing (102 ). Also, in this embodiment, holes (302) are provided in the solid housing (102) along the acoustic path (107). Such an embodiment does not provide for reflective surfaces.

На фиг. 3С представлен вариант осуществления, в котором сплошной корпус (102) вместе со сквозными отверстиями (301) выполнен литьем, ультразвуковые преобразователи (105) установлены с внешней стороны корпуса (102). В этом варианте предусмотрены отверстия (302) в сплошном корпусе (102) по ходу следования акустического пути (107). Акустический путь (107) проходит через отверстие (302) от ультразвукового преобразователя (105) через отверстие (106) во внешней части корпуса (102) к сквозному отверстию (301), затем снова через внутреннюю часть корпуса (102) по направлению к другому сквозному отверстию (301), либо по направлению к отверстию (106) во внешней части корпуса (102) другому ультразвуковому преобразователю (105). В этом случае предусмотрена установка\формирование отражающих поверхностей (113) на внутренней стенке канала.In FIG. 3C shows an embodiment in which the solid body (102) together with the through holes (301) is molded, the ultrasonic transducers (105) are mounted on the outside of the body (102). In this embodiment, holes (302) are provided in the solid housing (102) along the acoustic path (107). The acoustic path (107) passes through the hole (302) from the ultrasonic transducer (105) through the hole (106) in the outer part of the housing (102) to the through hole (301), then again through the inner part of the housing (102) towards another through hole (301), or towards the hole (106) in the outer part of the housing (102) of another ultrasonic transducer (105). In this case, the installation\formation of reflective surfaces (113) on the inner wall of the channel is provided.

На Фиг. 4А-4С схематически представлены варианты осуществления, средств для направления ультразвуковых волн по акустическому пути (107).On FIG. 4A-4C are schematic representations of embodiments of means for directing ultrasonic waves along an acoustic path (107).

На Фиг. 4А представлен вариант осуществления, предусматривающий наличие отверстий (106) в корпусе (102) и отверстий (109) в трубке (111), в этом случае акустический путь проходит только через отверстия (106), (109).On FIG. 4A shows an embodiment with holes (106) in the body (102) and holes (109) in the tube (111), in which case the acoustic path passes only through the holes (106), (109).

На фиг. 4В представлен вариант осуществления, предусматривающий наличие отверстий (106) в корпусе (102) и отверстий (109) в трубке (111), а также наличие отражающих поверхностей (112), установленных на внешней поверхности трубок (111), в этом случае акустический путь проходит внутрь корпуса через отверстия (106), и направляется внутри корпуса по акустическому пути посредством отверстий (109) и отражающих поверхностей (112), установленных на внешней поверхности трубок (111).In FIG. 4B shows an embodiment with holes (106) in the housing (102) and holes (109) in the tube (111), as well as the presence of reflective surfaces (112) installed on the outer surface of the tubes (111), in this case the acoustic path passes inside the housing through holes (106), and is guided inside the housing along the acoustic path through holes (109) and reflective surfaces (112) installed on the outer surface of the tubes (111).

На фиг. 4С представлен вариант осуществления, предусматривающий наличие отверстий (106) в корпусе (102) и отверстий (109) в трубке (111), а также наличие отражающих поверхностей (110), установленных на внутренней поверхности корпуса (102), в этом случае акустический путь проходит через отверстия (106), (109), и направляется внутри корпуса по акустическому пути посредством отражающих поверхностей (110), при этом имеется два отражения внутри корпуса, возможна компоновка, предусматривающая и большее количество отражений.In FIG. 4C shows an embodiment with holes (106) in the body (102) and holes (109) in the tube (111), as well as reflective surfaces (110) mounted on the inner surface of the body (102), in this case the acoustic path passes through the holes (106), (109), and is guided inside the housing along the acoustic path by means of reflective surfaces (110), while there are two reflections inside the housing, an arrangement with more reflections is possible.

На фиг. 5А представлен вариант осуществления отверстия (109) в трубке (111), которое предпочтительно выполнено в виде эллипса, при этом большая ось А-В эллипса направлена в направлении параллельном основному направлению потока (101). Такая форма отверстия обусловлена тем, что ультразвуковые волны при прохождении через поток текучей среды будут сноситься потоком, вследствие чего показания измерений будут искажаться. Так при скорости потока 40 м/с и длине акустического пути 0,5 м ультразвуковая волна будет снесена на 0,05 м. Также возможно выполнение отверстия (109) в виде вытянутого по потоку отверстия.In FIG. 5A shows an embodiment of the opening (109) in the tube (111), which is preferably elliptical, with the major axis A-B of the ellipse pointing in a direction parallel to the main flow direction (101). This shape of the hole is due to the fact that the ultrasonic waves passing through the fluid flow will be carried away by the flow, as a result of which the measurement readings will be distorted. Thus, at a flow velocity of 40 m/s and an acoustic path length of 0.5 m, the ultrasonic wave will be carried away by 0.05 m. It is also possible to make the hole (109) in the form of a hole elongated along the flow.

Выполнение отверстия в виде эллипса позволит снизить влияние сноса ультразвуковых волн потоком и получить более точные измерения.Making the hole in the form of an ellipse will reduce the influence of the drift of ultrasonic waves by the flow and obtain more accurate measurements.

На фиг. 5В представлен вариант осуществления расположения отражающих поверхностей, которые выполнены в виде вогнутых пластин, такое выполнение дополнительно позволит улучшить фокусировку ультразвуковых волн на приемном преобразователе.In FIG. 5B shows an embodiment of the arrangement of reflective surfaces, which are made in the form of concave plates, such an implementation will additionally improve the focusing of ultrasonic waves on the receiving transducer.

Также отражающая поверхность может быть выполнена посредством формирования вогнутой поверхности на внутренней поверхности корпуса, например, фрезерованием или при производстве.Also, the reflective surface may be formed by forming a concave surface on the inner surface of the housing, for example, by milling or by manufacturing.

На фиг. 5С представлен изометрический вид варианта осуществления отражающей поверхности в виде пластины.In FIG. 5C is an isometric view of an embodiment of a plate-like reflective surface.

Также предложен способ измерения скорости потока текучей среды, протекающей в основном направлении потока, в котором пропускают текучую среду через устройство для измерения скорости и расхода потока текучей среды и выдают показание измерения скорости потока текучей среды.Also provided is a method for measuring the flow rate of a fluid flowing in the main flow direction, in which the fluid is passed through a device for measuring the speed and flow rate of the fluid flow and gives a reading of the measurement of the fluid flow rate.

Claims (18)

1. Устройство (100) для измерения скорости потока и расхода текучей среды, проходящей в основном направлении потока (101), содержащее корпус (102), средство для разделения потока текучей среды на множество потоков (103), причем каждый из множества потоков проходит в выделенном для него канале (104), расположенном в корпусе (102); по меньшей мере одну пару ультразвуковых преобразователей (105), установленных в корпусе (102) и предназначенных для формирования и приема ультразвуковых волн, пересекающих каналы (104), и для генерации электрических сигналов в ответ на прием ультразвуковых волн; средство для направления ультразвуковых волн по акустическому пути (107), пересекающему по меньшей мере часть из каналов (104); средство (108) для вычисления скорости потока и расхода текучей среды с использованием сформированных электрических сигналов.1. A device (100) for measuring the flow rate and flow rate of a fluid passing in the main direction of flow (101), containing a housing (102), a means for dividing the fluid flow into multiple streams (103), each of the multiple streams passing into dedicated channel (104) located in the housing (102); at least one pair of ultrasonic transducers (105) installed in the housing (102) and designed to generate and receive ultrasonic waves crossing the channels (104) and to generate electrical signals in response to receiving ultrasonic waves; means for directing ultrasonic waves along an acoustic path (107) crossing at least a portion of the channels (104); means (108) for calculating the flow rate and flow rate of the fluid using the generated electrical signals. 2. Устройство по п. 1, в котором канал дополнительно разделен на множество каналов.2. The apparatus of claim 1, wherein the channel is further divided into a plurality of channels. 3. Устройство по п. 1, в котором площади поперечных сечений каналов не одинаковы.3. The device according to claim 1, in which the cross-sectional areas of the channels are not the same. 4. Устройство по п. 1, в котором площади поперечных сечений каналов одинаковы.4. The device according to claim 1, in which the cross-sectional areas of the channels are the same. 5. Устройство по п. 1, в котором каждый ультразвуковой преобразователь имеет излучающую поверхность (114) по существу совмещенную с внутренней поверхностью корпуса (102) и параллельную оси корпуса.5. The apparatus of claim. 1, wherein each ultrasonic transducer has a radiating surface (114) substantially aligned with the inner surface of the housing (102) and parallel to the axis of the housing. 6. Устройство по п. 1, в котором средство для разделения потока текучей среды на множество потоков представляет собой множество труб (111), установленных параллельно основному направлению потока (101) и закрепленных внутри корпуса (102).6. The device according to claim 1, wherein the means for dividing the fluid flow into a plurality of flows is a plurality of pipes (111) installed parallel to the main flow direction (101) and fixed inside the housing (102). 7. Устройство по п. 1, в котором средство для разделения потока текучей среды на множество потоков представляет собой по меньшей мере пару пластин (201), установленных на входе в корпус и на выходе из корпуса, перпендикулярно основному направлению потока, причем каждая из пластин (201) содержит отверстия (202), каждое из которых выходит в трубку (203), соединяющую отверстия (202) в пластинах (201).7. The device according to claim 1, in which the means for dividing the fluid flow into multiple flows is at least a pair of plates (201) installed at the inlet to the housing and at the outlet of the housing, perpendicular to the main flow direction, each of the plates (201) contains holes (202), each of which opens into a tube (203) connecting holes (202) in plates (201). 8. Устройство по п. 1, в котором корпус (102) является сплошным и средство для разделения потока текучей среды на множество потоков представляет собой множество сквозных отверстий (301), выполненных параллельно основному направлению потока в сплошном корпусе.8. The device according to claim 1, wherein the body (102) is solid and the means for dividing the fluid flow into multiple flows is a plurality of through holes (301) made parallel to the main flow direction in the solid body. 9. Устройство по п. 1, в котором средство для направления ультразвуковых волн по акустическому пути (107) представляет собой по меньшей мере пару отверстий (106) в корпусе (102) и совокупность отверстий (109) в каналах (104).9. Device according to claim 1, in which the means for directing ultrasonic waves along the acoustic path (107) is at least a pair of holes (106) in the body (102) and a set of holes (109) in the channels (104). 10. Устройство по п. 1, в котором средство для направления ультразвуковых волн по акустическому пути (107) представляет собой по меньшей мере пару отверстий (106) в корпусе (102), совокупность отверстий (109) в каналах (104) и совокупность отражающих поверхностей (110), установленных на внутренней поверхности корпуса.10. The device according to claim 1, in which the means for directing ultrasonic waves along the acoustic path (107) is at least a pair of holes (106) in the body (102), a set of holes (109) in the channels (104) and a set of reflective surfaces (110) installed on the inner surface of the housing. 11. Устройство по п. 1, в котором средство для направления ультразвуковых волн по акустическому пути представляет собой одно, выбранное из группы, содержащей: по меньшей мере пару отверстий (106) в корпусе (102), совокупность отверстий (109) в каналах (104), совокупность отражающих поверхностей (110) на внутренней поверхности корпуса/совокупность отражающих поверхностей (111) на внешней поверхности канала, совокупность отражающих поверхностей (113) на внутренней поверхности канала или их комбинации.11. The device according to claim 1, in which the means for directing ultrasonic waves along the acoustic path is one selected from the group containing: at least a pair of holes (106) in the body (102), a set of holes (109) in the channels ( 104), a set of reflective surfaces (110) on the inner surface of the housing/a set of reflective surfaces (111) on the outer surface of the channel, a set of reflective surfaces (113) on the inner surface of the channel, or combinations thereof. 12. Устройство по любому из пп. 9-11, в котором отверстия в каналах выполнены в виде эллипса, большая ось которого направлена в направлении, параллельном основному направлению потока, или в виде прямоугольника, вытянутого в направлении, параллельном основному направлению потока, или их комбинаций.12. The device according to any one of paragraphs. 9-11, in which the openings in the channels are made in the form of an ellipse, the major axis of which is directed in a direction parallel to the main flow direction, or in the form of a rectangle, elongated in a direction parallel to the main flow direction, or combinations thereof. 13. Устройство по п. 10 или 11, в котором отражающая поверхность представляет собой пластину, предназначенную для приема и направления ультразвуковых волн по акустическому пути.13. The device according to claim 10 or 11, in which the reflective surface is a plate designed to receive and guide ultrasonic waves along an acoustic path. 14. Устройство по п. 13, в котором в пластине предусмотрена вогнутая искривленная поверхность для приема, фокусировки и направления ультразвуковых волн по акустическому пути.14. The device according to claim 13, in which the plate is provided with a concave curved surface for receiving, focusing and directing ultrasonic waves along an acoustic path. 15. Устройство по п. 14, в котором пластина прикреплена посредством одного из: сварки, клея, разборного соединения.15. The device according to claim 14, in which the plate is attached by one of: welding, glue, collapsible connection. 16. Устройство по п. 14, в котором пластина интегрирована с каналом и формируется при производстве канала.16. The device according to claim 14, wherein the plate is integrated with the channel and is formed during the manufacture of the channel. 17. Устройство по п. 10 или 11, в котором отражающая поверхность (110) представляет собой вогнутую поверхность, интегрированную с поверхностью корпуса.17. Apparatus according to claim 10 or 11, wherein the reflective surface (110) is a concave surface integrated with the housing surface. 18. Способ измерения скорости потока и расхода текучей среды, протекающей в основном направлении потока, в котором пропускают текучую среду через устройство по п. 1 и выдают показание измерения скорости потока текучей среды и расхода текучей среды.18. A method for measuring the flow rate and flow rate of a fluid flowing in the main flow direction, in which the fluid is passed through the device according to claim 1 and a measurement reading of the fluid flow rate and fluid flow rate is provided.
RU2021127974A 2021-09-23 2021-09-23 Device and method for ultrasonic measurement of flow rate and fluid flow rate RU2772621C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280058451.3A CN117917996A (en) 2021-09-23 2022-09-15 Apparatus and method for ultrasonic measurement of fluid flow rate and flow volume
PCT/RU2022/050292 WO2023048599A1 (en) 2021-09-23 2022-09-15 Device and method for ultrasonic measurement of the fluid flow velocity and flowrate
DE112022004558.2T DE112022004558T5 (en) 2021-09-23 2022-09-15 Device and method for ultrasonic measurement of flow velocity and flow rate of liquids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772621C1 true RU2772621C1 (en) 2022-05-23

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115307694A (en) * 2022-07-08 2022-11-08 新开普电子股份有限公司 Fluid measuring method and system for ultrasonic measurement

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4475406A (en) * 1981-07-10 1984-10-09 Centro Ricerche Fiat S.P.A. Ultrasonic device for the measurement of the delivery of a fluid in a _conduit
EA006792B1 (en) * 2004-04-12 2006-04-28 Александр Михайлович ДЕРЕВЯГИН Ultrasonic method for measuring a flow rate of liquid and/or gaseous media and device for carrying out said method
RU2422777C1 (en) * 2010-01-29 2011-06-27 Александр Михайлович Деревягин Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4475406A (en) * 1981-07-10 1984-10-09 Centro Ricerche Fiat S.P.A. Ultrasonic device for the measurement of the delivery of a fluid in a _conduit
EA006792B1 (en) * 2004-04-12 2006-04-28 Александр Михайлович ДЕРЕВЯГИН Ultrasonic method for measuring a flow rate of liquid and/or gaseous media and device for carrying out said method
RU2422777C1 (en) * 2010-01-29 2011-06-27 Александр Михайлович Деревягин Ultrasonic procedure for measurement of flow rate of liquid and/or gaseous mediums and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115307694A (en) * 2022-07-08 2022-11-08 新开普电子股份有限公司 Fluid measuring method and system for ultrasonic measurement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4365518A (en) Flow straighteners in axial flowmeters
RU2487320C2 (en) Ultrasonic flow metre
WO2010070891A1 (en) Ultrasonic flowmeter
US6186179B1 (en) Disturbance simulating flow plate
ITTO960239A1 (en) DETECTOR FOR AN ULTRASONIC FLOW METER AND FLOW METER WITH DETECTOR
US6644132B1 (en) Flow profile conditioner for pipe flow systems
Li et al. Experimental and numerical analysis of a novel flow conditioner for accuracy improvement of ultrasonic gas flowmeters
RU2772621C1 (en) Device and method for ultrasonic measurement of flow rate and fluid flow rate
JP2002520583A (en) Multi-code flow meter
RU154441U1 (en) SENSOR FOR ULTRASONIC FLOW METER
EP3063508B1 (en) A flow meter for ultrasonically measuring the flow velocity of fluids
EA032169B1 (en) Device for measuring flow rate of fluid medium
Treenuson et al. Accurate flowrate measurement on the double bent pipe using ultrasonic velocity profile method
JP2013250254A (en) Multiple reflection prevention rectifier tube for ultrasonic spirometer
WO2023048599A1 (en) Device and method for ultrasonic measurement of the fluid flow velocity and flowrate
RU2576551C1 (en) Sensor of ultrasonic flowmeter
JP2009264906A (en) Flow meter
JP2956805B2 (en) Ultrasonic flow meter
CN217637490U (en) Rectifying device and ultrasonic flow measuring device
JP7373772B2 (en) Physical quantity measuring device
JPH10239125A (en) Ultrasonic flowmeter
JP4188386B2 (en) Ultrasonic flow meter
RU118744U1 (en) ULTRASONIC FLOW METER
CN103630271A (en) Diameter-decreasing-structured ultrasonic heat meter
US11237034B2 (en) Device and method for ultrasonic flow measurement