RU2780963C1 - Ultrasonic gas flow meter - Google Patents
Ultrasonic gas flow meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780963C1 RU2780963C1 RU2022101353A RU2022101353A RU2780963C1 RU 2780963 C1 RU2780963 C1 RU 2780963C1 RU 2022101353 A RU2022101353 A RU 2022101353A RU 2022101353 A RU2022101353 A RU 2022101353A RU 2780963 C1 RU2780963 C1 RU 2780963C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- symmetry
- transceivers
- receiving
- gas flow
- measuring chamber
- Prior art date
Links
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 39
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003111 delayed Effects 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ультразвуковым расходомерам (счетчикам) для измерения расхода газа.The invention relates to ultrasonic flow meters (meters) for measuring gas flow.
Известен ультразвуковой газовый расходомер (см. Свидетельство на полезную модель РФ №32268), содержащий измерительную камеру, представляющую собой отрезок газовой трубы, одну пару пьезоэлектрических приемопередатчиков. Пьезоэлектрические приемопередатчики в этом техническом решении установлены в проточной полости измерительной камеры. Такое размещение пьезоэлектрических приемопередатчиков 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. Другими недостатками такого решения являются: конструктивная сложность, а также ограниченная возможность применения такого решения для реализации многолучевых расходомеров.Known ultrasonic gas flow meter (see Certificate of useful model of the Russian Federation No. 32268), containing a measuring chamber, which is a segment of a gas pipe, one pair of piezoelectric transceivers. Piezoelectric transceivers in this technical solution are installed in the flow cavity of the measuring chamber. Such an arrangement of piezoelectric transceivers 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. Other disadvantages of this solution are: structural complexity, as well as the limited possibility of using such a solution for the implementation of multipath flowmeters.
Известен также ультразвуковой газовый расходомер (Свидетельство на полезную модель РФ №37826), содержащий измерительную камеру, представляющую собой отрезок газовой трубы, одну пару пьезоэлектрических приемопередатчиков. В этом расходомере пьезоэлектрические приемопередатчики расположены в стаканах, которые, в свою очередь, установлены непосредственно в измеряемом потоке газа. Такое размещение пьезоэлектрических приемопередатчиков также приводит к возникновению вихревых потоков в движущемся газовом потоке, что снижает точность измерений и уменьшает динамический диапазон измеряемого расхода газа. Другими недостатками такого решения также являются: конструктивная сложность и ограниченная возможность применения такого решения для реализации многолучевых расходомеров.Also known is an ultrasonic gas flow meter (Certificate for utility model RF No. 37826), containing a measuring chamber, which is a piece of a gas pipe, one pair of piezoelectric transceivers. In this flow meter, the piezoelectric transceivers are located in the glasses, which, in turn, are installed directly in the measured gas flow. Such placement of piezoelectric transceivers also leads to the appearance of vortex flows in the moving gas flow, which reduces the accuracy of measurements and reduces the dynamic range of the measured gas flow. Other disadvantages of such a solution are also: structural complexity and limited possibility of using such a solution for the implementation of multipath flowmeters.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является известный ультразвуковой газовый расходомер (Свидетельство на изобретение РФ № RU 2623833 C1), содержащий измерительную камеру, представляющую собой отрезок газовой трубы с отверстиями либо патрубками для установки ультразвуковых приемопередатчиков и, по меньшей мере, четыре пары ультразвуковых пьезоэлектрических приемопередатчиков, расположенных под углом к направлению потока, с возможностью образования, по меньшей мере, четырех измерительных лучей. Расположение ультразвуковых пьезоэлектрических приемопередатчиков под углом к направлению газового потока существенно усложняет конструкцию измерительной камеры, а также технологию изготовления измерительной камеры. Такая технология требует наличия специального сложного и дорогостоящего оборудования для выполнения наклонных соосных отверстий для каждой пары ультразвуковых приемопередатчиков. Кроме того такое решение ограничивает для ультразвуковых пучков (лучей) базовое расстояние пространственных составляющих, параллельных направлению газового потока, что, в свою очередь, ограничивает точность измерения расхода протекающего газа.The closest to the claimed technical solution is the well-known ultrasonic gas flow meter (Certificate for Invention of the Russian Federation No. RU 2623833 C1), containing a measuring chamber, which is a section of a gas pipe with holes or nozzles for installing ultrasonic transceivers and at least four pairs of ultrasonic piezoelectric transceivers located at an angle to the flow direction, with the possibility of forming at least four measuring beams. The arrangement of ultrasonic piezoelectric transceivers at an angle to the direction of the gas flow significantly complicates the design of the measuring chamber, as well as the manufacturing technology of the measuring chamber. This technology requires special complex and expensive equipment to make inclined coaxial holes for each pair of ultrasonic transceivers. In addition, such a solution limits for ultrasonic beams (beams) the basic distance of the spatial components parallel to the direction of the gas flow, which, in turn, limits the accuracy of measuring the flow rate of the flowing gas.
Сущность изобретения выражается в том, что каждый из пьезоэлектрических приемопередатчиков состоит из двух блоков - посадочного и приемоизлучающего, соединенных между собой так, что ось симметрии приемоизлучающего блока наклонена к оси симметрии посадочного блока на некоторый угол, определяемый заданным направлением ультразвукового пучка, причем габаритные размеры приемоизлучающего блока в плоскости, перпендикулярной оси симметрии посадочного блока, совпадающей с осью симметрии патрубка для установки пьезоэлектрического приемопередатчика, не превышают внутренних размеров патрубка для установки пьезоэлектрического приемопередатчика, а ось симметрии патрубков для установки пьезоэлектрических приемопередатчиков перпендикулярна оси симметрии измерительной камеры.The essence of the invention is expressed in the fact that each of the piezoelectric transceivers consists of two blocks - landing and receiving-radiating, interconnected so that the symmetry axis of the receiving-emitting block is inclined to the symmetry axis of the landing block at a certain angle determined by the given direction of the ultrasonic beam, and the overall dimensions of the receiving-emitting block in the plane perpendicular to the axis of symmetry of the landing block, coinciding with the axis of symmetry of the nozzle for installing a piezoelectric transceiver, do not exceed the internal dimensions of the nozzle for installing a piezoelectric transceiver, and the axis of symmetry of the pipes for installing piezoelectric transceivers is perpendicular to the axis of symmetry of the measuring chamber.
Сущность изобретения по п. 2 выражается в том, что приемоизлучающие поверхности приемоизлучающих блоков каждой пары пьезоэлектрических приемопередатчиков расположены в измерительной камере друг напротив друга и их оси симметрии совпадают.The essence of the invention according to
Сущность изобретения по п. 3 выражается в том, что внутри измерительной камеры вблизи ее поверхности установлено плоское зеркало для ультразвуковых пучков, а угловые положения приемоизлучающих поверхностей приемоизлучающих блоков каждой из пар приемопередатчиков сориентированы так, что оси симметрии приемоизлучающих блоков в каждой паре лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала, пересекаются на поверхности зеркала и имеют углы относительно перпендикуляра к поверхности зеркала с совпадающими значениями и с противоположными знаками.The essence of the invention according to
Технический результат, который достигается данным техническим решением, заключается в уменьшении габаритных размеров расходомера, упрощении конструкции расходомера и существенном упрощении технологии изготовления измерительной камеры, а также в повышении точности измерения расхода газа.The technical result achieved by this technical solution is to reduce the overall dimensions of the flow meter, simplify the design of the flow meter and significantly simplify the manufacturing technology of the measuring chamber, as well as improve the accuracy of measuring gas flow.
Технический результат заявляемого решения достигается тем, что каждый из пьезоэлектрических приемопередатчиков состоит из двух блоков - посадочного и приемоизлучающего, соединенных между собой так, что ось симметрии приемоизлучающего блока наклонена к оси симметрии посадочного блока на некоторый угол, определяемый заданным направлением ультразвукового пучка, причем габаритные размеры приемоизлучающего блока в плоскости, перпендикулярной оси симметрии посадочного блока, совпадающей с осью симметрии патрубка для установки пьезоэлектрического приемопередатчика, не превышают внутренних размеров патрубка для установки пьезоэлектрического приемопередатчика, а ось симметрии патрубков для установки пьезоэлектрических приемопередатчиков перпендикулярна Оси симметрии измерительной камеры.The technical result of the proposed solution is achieved by the fact that each of the piezoelectric transceivers consists of two blocks - a landing and a receiving and emitting unit, interconnected so that the symmetry axis of the receiving and emitting block is inclined to the symmetry axis of the landing block at a certain angle determined by the given direction of the ultrasonic beam, and the overall dimensions of the receiving unit in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the landing unit, coinciding with the axis of symmetry of the branch pipe for installing the piezoelectric transceiver, do not exceed the internal dimensions of the branch pipe for installing the piezoelectric transceiver, and the axis of symmetry of the branch pipes for installing piezoelectric transceivers is perpendicular to the axis of symmetry of the measuring chamber.
Технический результат по п. 2 формулы изобретения достигается тем, что приемоизлучающие поверхности приемоизлучающих блоков каждой пары пьезоэлектрических приемопередатчиков расположены в измерительной камере друг напротив друга и их оси симметрии совпадают.The technical result according to
Технический результат по п. 3 формулы изобретения достигается тем, внутри измерительной камеры вблизи ее поверхности установлено плоское зеркало для ультразвуковых пучков, а угловые положения приемоизлучающих поверхностей приемоизлучающих блоков каждой из пар приемопередатчиков сориентированы так, что оси симметрии приемоизлучающих блоков в каждой паре лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала, пересекаются на поверхности зеркала и имеют углы относительно перпендикуляра к поверхности зеркала с совпадающими значениями и с противоположными знаками.The technical result according to
Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
- на фиг. 1 показана конструкция заявляемого устройства в однолучевом исполнении, когда приемоизлучающие поверхности приемопередатчиков расположены напротив друг друга;- in Fig. 1 shows the design of the proposed device in a single-beam version, when the receiving-radiating surfaces of the transceivers are located opposite each other;
- на фиг. 2 показана конструкция заявляемого устройства в однолучевом исполнении с зеркалом, отражающем ультразвуковые пучки;- in Fig. 2 shows the design of the proposed device in a single-beam version with a mirror reflecting ultrasonic beams;
- на фиг. 3 показана конструкция заявляемого устройства в многолучевом (трехлучевом) исполнении, когда приемоизлучающие поверхности приемопередатчиков расположены напротив друг друга, а) - вид сверху, перпендикулярно осевой секущей плоскости центральной пары приемопередатчиков, б) - вид сбоку, в) вид в плоскости, перпендикулярной оси газового трубопровода;- in Fig. 3 shows the design of the proposed device in a multi-beam (three-beam) version, when the receiving-emitting surfaces of the transceivers are located opposite each other, a) - top view, perpendicular to the axial secant plane of the central pair of transceivers, b) - side view, c) view in a plane perpendicular to the axis of the gas pipeline;
- на фиг. 4 приведена конструкция заявляемого устройства в многолучевом (трехлучевом) исполнении с зеркалом, отражающем ультразвуковые пучки, а) - вид сбоку относительно секущей плоскости, проходящей через оси симметрии центральной пары приемопередатчиков, б) - вид сверху, в) - вид в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода;- in Fig. 4 shows the design of the proposed device in a multi-beam (three-beam) version with a mirror reflecting ultrasonic beams, a) - side view relative to the secant plane passing through the symmetry axes of the central pair of transceivers, b) - top view, c) - view in a plane perpendicular to the axis pipeline;
- на фиг. 5 приведена фотография экспериментальных образцов приемопередатчиков, выполненных согласно заявляемому техническому решению в однолучевом исполнении. Приемопередатчики расположены по схеме реализации заявляемого устройства, когда приемоизлучающие поверхности приемоизлучающих блоков приемопередатчиков расположены напротив друг друга;- in Fig. 5 shows a photograph of experimental samples of transceivers made according to the claimed technical solution in a single-beam version. The transceivers are located according to the implementation scheme of the proposed device, when the receiving and emitting surfaces of the receiving and emitting blocks of the transceivers are located opposite each other;
- на фиг. 6 приведена фотография экспериментальных образцов приемопередатчиков, выполненных согласно однолучевому исполнению заявляемого технического решения. Приемопередатчики расположены по схеме реализации заявляемого устройства с зеркалом;- in Fig. 6 shows a photograph of experimental samples of transceivers made according to the single-beam version of the proposed technical solution. The transceivers are located according to the implementation scheme of the proposed device with a mirror;
- на фиг. 7 приведена фотография макетного образца измерительной камеры с установленными приемопередатчиками по схеме с зеркалом, отражающим ультразвуковые пучки;- in Fig. Figure 7 shows a photograph of a prototype measuring chamber with installed transceivers according to the scheme with a mirror reflecting ultrasonic beams;
- на фиг. 8 приведена фотография макетного образца измерительной камеры расходомера в исполнении с зеркалом с установленными приемопередатчиками, один из которых подключен к импульсному генератору, а другой - к приемнику. На экране компьютера отображен импульс, задержанный на время распространения ультразвука от генератору -к приемнику.- in Fig. Figure 8 shows a photograph of a model sample of the measuring chamber of the flowmeter with a mirror and installed transceivers, one of which is connected to a pulse generator, and the other to a receiver. The computer screen displays a pulse delayed by the propagation time of ultrasound from the generator to the receiver.
На чертежах 1-4 позициями обозначено:In the drawings 1-4 positions indicate:
1 - измерительная камера, представляющая собой отрезок газового трубопровода,1 - measuring chamber, which is a segment of the gas pipeline,
2 - патрубок для установки пьезоэлектрического приемопередатчика,2 - branch pipe for installing a piezoelectric transceiver,
3 - пьезоэлектрический приемопередатчик,3 - piezoelectric transceiver,
4 - посадочный блок приемопередатчика,4 - landing block of the transceiver,
5 - приемоилучающий блок приемопередатчика,5 - transceiver receiving unit,
6 - ультразвуковой пучок,6 - ultrasonic beam,
7 - приемоизлучающая поверхность приемоизлучающего блока приемопередатчика,7 - receiving and emitting surface of the receiving and emitting unit of the transceiver,
8 - зеркало, отражающее ультразвуковые пучки,8 - mirror reflecting ultrasonic beams,
9 - отражающая поверхность зеркала.9 - reflective surface of the mirror.
Ультразвуковой расходомер газа (фиг. 1-8) содержит измерительную камеру (1), представляющую собой отрезок газового трубопровода с патрубками (2) для установки пьезоэлектрических приемопередатчиков (3), по меньшей мере, одну пару пьезоэлектрических приемопередатчиков (3), каждый из пьезоэлектрических приемопередатчиков (3) состоит из двух блоков - посадочного (4) и приемоизлучающего (5), соединенных между собой так, что ось симметрии приемоизлучающего блока (5) наклонена к оси симметрии посадочного блока (4) на некоторый угол (α), определяемый заданным направлением ультразвукового пучка (6), причем габаритные размеры приемоизлучающего блока (5) в плоскости, перпендикулярной оси симметрии посадочного блока (4), совпадающей с осью симметрии патрубка (2) для установки пьезоэлектрического приемопередатчика (3), не превышают внутренних размеров патрубка (2) для установки пьезоэлектрического приемопередатчика (3), а ось симметрии патрубков (2) для установки пьезоэлектрических приемопередатчиков (3) перпендикулярна оси симметрии измерительной камеры (1).The ultrasonic gas flow meter (Fig. 1-8) contains a measuring chamber (1), which is a section of a gas pipeline with nozzles (2) for installing piezoelectric transceivers (3), at least one pair of piezoelectric transceivers (3), each of the piezoelectric transceivers (3) consists of two blocks - landing (4) and receiving and emitting (5), interconnected so that the symmetry axis of the receiving and emitting block (5) is inclined to the symmetry axis of the landing block (4) at a certain angle (α), determined by a given the direction of the ultrasonic beam (6), and the overall dimensions of the transceiver unit (5) in the plane perpendicular to the axis of symmetry of the landing unit (4), coinciding with the axis of symmetry of the branch pipe (2) for installing the piezoelectric transceiver (3), do not exceed the internal dimensions of the branch pipe (2 ) to install a piezoelectric transceiver (3), and the axis of symmetry of the pipes (2) to install a piezoelectric transceiver ov (3) is perpendicular to the axis of symmetry of the measuring chamber (1).
В ультразвуковом расходомере газа по п. 2 формулы изобретения (фиг. 1, 3) приемоизлучающие поверхности (7) приемоизлучающих блоков (5) каждой пары пьезоэлектрических приемопередатчиков (3) расположены в измерительной камере (1) друг напротив друга и их оси симметрии совпадают.In the ultrasonic gas flow meter according to
В ультразвуковом газовом расходомере по п. 3, формулы (фиг. 2, 4) внутри измерительной камеры (1) вблизи ее поверхности установлено плоское зеркало (8) для ультразвуковых пучков (6), а угловые положения приемоизлучающих поверхностей (7) приемоизлучающих блоков (5) каждой из пар приемопередатчиков (3) сориентированы так, что оси симметрии приемоизлучающих блоков в каждой паре (5) лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала (8), пересекаются на отражающей поверхности (9) зеркала (8) и имеют углы (β) относительно перпендикуляра к поверхности зеркала с совпадающими значениями и с противоположными знаками.In the ultrasonic gas flow meter according to
Изобретение может быть осуществлено следующим образомThe invention can be carried out as follows
Ультразвуковой расходомер газа содержит измерительную камеру (1), представляющую собой отрезок газового трубопровода с патрубками (2) для установки пьезоэлектрических приемопередатчиков (3), по меньшей мере, одну пару пьезоэлектрических приемопередатчиков (3), каждый из пьезоэлектрических приемопередатчиков (3) состоит из двух блоков - посадочного (4) и приемоизлучающего (5), соединенных между собой так, что ось симметрии приемоизлучающего блока (5) наклонена к оси симметрии посадочного блока (4) на некоторый угол (α), определяемый заданным направлением ультразвукового пучка (6), причем габаритные размеры приемоизлучающего блока (5) в плоскости, перпендикулярной оси симметрии посадочного блока (4), совпадающей с осью симметрии патрубка (2) для установки пьезоэлектрического приемопередатчика (3), не превышают внутренних размеров патрубка (2) для установки пьезоэлектрического приемопередатчика (3), а ось симметрии патрубков (2) для установки пьезоэлектрических приемопередатчиков (3) перпендикулярна оси симметрии измерительной камеры (1).The ultrasonic gas flow meter contains a measuring chamber (1), which is a section of a gas pipeline with nozzles (2) for installing piezoelectric transceivers (3), at least one pair of piezoelectric transceivers (3), each of the piezoelectric transceivers (3) consists of two blocks - landing (4) and receiving-emitting (5), interconnected so that the axis of symmetry of the receiving-emitting block (5) is inclined to the symmetry axis of the landing block (4) at a certain angle (α), determined by the given direction of the ultrasonic beam (6), moreover, the overall dimensions of the transceiver unit (5) in the plane perpendicular to the axis of symmetry of the landing unit (4), coinciding with the axis of symmetry of the branch pipe (2) for installing the piezoelectric transceiver (3), do not exceed the internal dimensions of the branch pipe (2) for installing the piezoelectric transceiver (3 ), and the axis of symmetry of the pipes (2) for the installation of piezoelectric transceivers (3) perp is endicular to the axis of symmetry of the measuring chamber (1).
Как это предложено в п. 2 формулы изобретения, приемоизлучающие поверхности (7) приемоизлучающих блоков (5) каждой пары пьезоэлектрических приемопередатчиков (3), расположены в измерительной камере (1) друг напротив друга и их оси симметрии совпадают.As proposed in
Согласно п. 3 формулы изобретения, внутри измерительной камеры (1) вблизи ее поверхности установлено плоское зеркало (8) для ультразвуковых пучков (6), а угловые положения приемоизлучающих поверхностей (7) приемоизлучающих блоков (5) каждой из пар приемопередатчиков (3) сориентированы так, что оси симметрии приемоизлучающих блоков в каждой паре (5) лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала (8), пересекаются на отражающей поверхности (9) зеркала (8) и имеют углы (β) относительно перпендикуляра к поверхности зеркала с совпадающими значениями и с противоположными знаками.According to
Таким образом, в каждом из предложенных вариантов исполнения, ультразвуковые пучки (6) в каждой паре приемопередатчиков (3) направлены при отсутствии газового потока перпендикулярно приемоизлучающим поверхностям (7) в паре приемоизлучающих блоков (5).Thus, in each of the proposed embodiments, ultrasonic beams (6) in each pair of transceivers (3) are directed, in the absence of a gas flow, perpendicular to the receiving and emitting surfaces (7) in a pair of receiving and emitting blocks (5).
Пьезоэлектрические приемопередатчики (3) в каждой паре работают попеременно «на передачу» и «на прием». В первый момент времени один из приемопередатчиков (3) в паре (например, левый на фигурах 1-4) работает на передачу, генерируя короткий ультразвуковой импульс, который распространяется внутри измерительной камеры (1) до второго приемопередатчика (3) (правого на фигурах 1-4). Правый приемопередатчик (3) принимает акустический импульс с некоторой временной задержкой, обусловленной конечной скоростью распространения ультразвука, а также скоростью движения газового потока. В следующий момент времени правый приемопередатчик (3) генерирует ультразвуковой импульс, а левый - 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 между двумя приемопередатчиками (3) в одном направлении, а затем время распространения импульса между этими же приемопередатчиками в обратном направлении, 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.Piezoelectric transceivers (3) in each pair work alternately "for transmission" and "for reception". At the first moment of time, one of the transceivers (3) in a pair (for example, the left one in figures 1-4) is transmitting, generating a short ultrasonic pulse that propagates inside the measuring chamber (1) to the second transceiver (3) (the right one in figures 1 -four). The right transceiver (3) receives an acoustic pulse with a certain time delay, due to the finite speed of propagation of ultrasound, as well as the speed of the gas flow. At the next moment of time, the right transceiver (3) generates an ultrasonic pulse, and the left one receives the signal with some delay. The total speed of an ultrasonic wave in a moving gas medium is equal to the vector sum of the velocities of an ultrasonic wave and a gas flow. By measuring the time delay in the propagation of an ultrasonic pulse between two transceivers (3) in one direction, and then the propagation time of the pulse between the same transceivers in the opposite direction, it is possible to determine the speed of ultrasound in a stationary gas medium, as well as the speed of the gas flow. Based on the obtained data on the velocity of ultrasound in a stationary medium, a conclusion is made about the properties of the flowing gas, including the presence of impurities, and on the basis of the data obtained on the velocity of the gas flow in a measuring chamber of known geometry, the gas flow rate is calculated.
Пример конкретного исполненияExample of a specific implementation
На фиг. 5 приведены фотографии экспериментальных образцов приемопередатчиков (3) с наклонным расположением приемоизлучающего блока (5) относительно посадочного блока (4) на угол α=30°. Корпуса приемопередатчиков (3) выполнены из титана, а приемоизлучающие блоки (5) приварены к посадочным блокам с помощью аргонной микродуговой сварки. Диаметр посадочного блока (4), погружаемого в патрубок (2) составляет 20 мм, а диаметр приемоизлучающей поверхности (7) приемоизлучающего блока (5) приемопередатчика (3) составляет 16 мм. Приемопередатчики (3) схематично расположены так, как они устанавливаются в измерительную камеру при встречном расположении приемоизлучающих поверхностей пары приемопередатчиков.In FIG. 5 shows photographs of experimental samples of transceivers (3) with an inclined arrangement of the receiving and emitting unit (5) relative to the landing unit (4) at an angle α=30°. The transceiver cases (3) are made of titanium, and the transceiver blocks (5) are welded to the landing blocks using argon microarc welding. The diameter of the landing block (4) immersed in the branch pipe (2) is 20 mm, and the diameter of the receiving and emitting surface (7) of the receiving and emitting block (5) of the transceiver (3) is 16 mm. The transceivers (3) are schematically arranged as they are installed in the measuring chamber with the opposite arrangement of the transceiver surfaces of the pair of transceivers.
На фиг. 6 приведена фотография экспериментальных образцов приемопередатчиков (3), расположенных так, как они устанавливаются в исполнении измерительной камеры с зеркалом.In FIG. Figure 6 shows a photograph of experimental samples of transceivers (3) arranged as they are installed in the version of the measuring chamber with a mirror.
На фиг. 7 приведена фотография экспериментальной измерительной камеры (1) однолучевого расходомера с отражающим зеркалом (8). Внутренний диаметр отрезка трубопровода измерительной камеры (1) составляет 25 мм, а расстояние между осями симметрии патрубков (2) для установки приемопередатчиков (3) равно 60 мм. Общий размер измерительной камеры (1) с фланцами с учетом дополнительной установки датчика давления, составляет 170 мм, что соответствует одному из стандартных размеров промышленно выпускаемых расходомеров вихревого типа, у которых габаритный размер значительно меньше размера ультразвуковых расходомеров, рассчитанных на аналогичные сечения трубопровода и определяется лишь удобством компоновки датчика давления, тела обтекания и датчика изгибающего момента. При определенной технической необходимости заявляемый расходомер может быть выполнен еще более компактным, так как его размер вдоль трубопровода определяется только задаваемым расстоянием между осями приемопередатчиков и внешним диаметром патрубка для установки приемопередатчиков.In FIG. Figure 7 shows a photograph of the experimental measuring chamber (1) of a single-beam flow meter with a reflecting mirror (8). The inner diameter of the pipeline section of the measuring chamber (1) is 25 mm, and the distance between the axes of symmetry of the nozzles (2) for installing transceivers (3) is 60 mm. The total size of the measuring chamber (1) with flanges, taking into account the additional installation of a pressure sensor, is 170 mm, which corresponds to one of the standard sizes of industrially produced vortex-type flow meters, in which the overall size is much smaller than the size of ultrasonic flow meters designed for similar pipeline sections and is determined only the convenience of the layout of the pressure sensor, bluff body and bending moment sensor. With a certain technical need, the inventive flowmeter can be made even more compact, since its size along the pipeline is determined only by the specified distance between the axes of the transceivers and the outer diameter of the pipe for installing the transceivers.
На фигуре 8 приведена фотография экспериментальной измерительной камеры (1) однолучевого расходомера с отражающим зеркалом (8). В измерительную камеру установлены приемопередатчики, один из которых подключен к генератору импульсов, а другой к приемнику. На экране отображен импульс, задержанный на величину прохождения ультразвука от передатчика к приемнику.The figure 8 shows a photograph of the experimental measuring chamber (1) of a single-beam flow meter with a reflecting mirror (8). Transceivers are installed in the measuring chamber, one of which is connected to the pulse generator, and the other to the receiver. The screen displays a pulse delayed by the amount of ultrasound passing from the transmitter to the receiver.
Достижение технического результата данным техническим решениемAchieving a technical result with this technical solution
В таблице 1 приведено сопоставление характеристик заявляемого технического решения и аналогичных промышленно выпускаемых устройств, присутствующих на рынке.Table 1 compares the characteristics of the proposed technical solution and similar commercially available devices on the market.
Технический результат, который достигается данным техническим решением, заключается в уменьшении габаритных размеров расходомера, упрощении конструкции расходомера и существенном упрощении технологии изготовления измерительной камеры, а также в повышении точности измерения расхода газа.The technical result achieved by this technical solution is to reduce the overall dimensions of the flow meter, simplify the design of the flow meter and significantly simplify the manufacturing technology of the measuring chamber, as well as improve the accuracy of measuring gas flow.
Уменьшение габаритных размеров заявляемого устройства по сравнению с прототипом реализуется вследствие того, что приемопередатчики устанавливаются не наклонно к оси газового трубопровода, а по нормали к нему. Это позволяет выполнить прибор более компактным и удобным при монтаже и эксплуатации.Reducing the overall dimensions of the proposed device in comparison with the prototype is implemented due to the fact that the transceivers are installed not inclined to the axis of the gas pipeline, but along the normal to it. This allows the device to be made more compact and convenient for installation and operation.
Отсутствие необходимости выполнения наклонных патрубков для установки приемопередатчиков в измерительной камере заявляемого устройства в отличие от прототипа, упрощает конструкцию и существенным образом упрощает технологию изготовления расходомера, вследствие чего снижается себестоимость, а также время на изготовление прибора.The absence of the need to make inclined pipes for installing transceivers in the measuring chamber of the proposed device, in contrast to the prototype, simplifies the design and greatly simplifies the manufacturing technology of the flowmeter, thereby reducing the cost and time for manufacturing the device.
Повышение точности заявляемого технического решения по сравнению с прототипом обусловлено конструктивной возможностью увеличения базовой длины проекции ультразвукового пучка на направление движения газового потока посредством вариации расстояния между осями приемопередатчиков и угла расположения приемоизлучающего блока относительно оси приемопередатчика. Кроме того, в п. 3 формулы изобретения реализуется дополнительное повышение точности определения расхода газа в заявляемом техническом решении, где за счет переотражения ультразвукового пучка от зеркала на противоположной поверхности трубопровода, удваивается длина пути ультразвукового пучка (при неизменном угле между осями приемопередающего и посадочного блоков) и, соответственно - длина его проекции на направление движения газового потока.Increasing the accuracy of the proposed technical solution in comparison with the prototype is due to the constructive possibility of increasing the base length of the projection of the ultrasonic beam on the direction of gas flow by varying the distance between the axes of the transceivers and the angle of the transceiver unit relative to the axis of the transceiver. In addition, in
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2780963C1 true RU2780963C1 (en) | 2022-10-04 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8899116B2 (en) * | 2011-12-29 | 2014-12-02 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Replaceable ultrasonic transducer for an ultrasonic flow measuring device |
| US8939034B2 (en) * | 2010-12-23 | 2015-01-27 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Flow measuring device |
| DE102014115589A1 (en) * | 2014-10-27 | 2016-04-28 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Arrangement for emitting and / or receiving an ultrasonic useful signal and ultrasonic flowmeter |
| RU2623833C1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-06-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью Нпо "Турбулентность-Дон" | Measuring system for gas acceptance, supplied to agfcs |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8939034B2 (en) * | 2010-12-23 | 2015-01-27 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Flow measuring device |
| US8899116B2 (en) * | 2011-12-29 | 2014-12-02 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Replaceable ultrasonic transducer for an ultrasonic flow measuring device |
| DE102014115589A1 (en) * | 2014-10-27 | 2016-04-28 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Arrangement for emitting and / or receiving an ultrasonic useful signal and ultrasonic flowmeter |
| RU2623833C1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-06-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью Нпо "Турбулентность-Дон" | Measuring system for gas acceptance, supplied to agfcs |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3268701B1 (en) | Hybrid sensing ultrasonic flowmeter | |
| JP3715647B2 (en) | Ultrasonic transducer with temporary crosstalk separation means | |
| US5728948A (en) | Fluid meter construction | |
| US9279707B2 (en) | Ultrasonic multipath flow measuring device ascertaining weighing factors for measuring paths | |
| US9140594B2 (en) | Ultrasonic, flow measuring device | |
| KR20120108001A (en) | Ultrasonic transducer, flow meter and method | |
| US20230243683A1 (en) | Flowmeter and method for meausuring the flow of a fluid | |
| CN103477194A (en) | Coupling element of an ultrasonic transducer for an ultrasonic flow meter | |
| WO2005083371A1 (en) | Doppler type ultrasonic flowmeter | |
| RU2780963C1 (en) | Ultrasonic gas flow meter | |
| RU2708904C1 (en) | Method and system for ultrasonic overhead flow measurement and body for measurement | |
| RU2649421C1 (en) | Ultrasonic flowmeter with metal sensor | |
| JP5113354B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
| JP3136002B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
| RU172103U1 (en) | ULTRASONIC FLOW METER WITH METAL SENSOR | |
| JP3535625B2 (en) | Ultrasonic current meter | |
| JP3583114B2 (en) | Ultrasonic flow velocity measuring device | |
| RU2277700C2 (en) | Cut in section of ultrasound flowmeter | |
| Jackson et al. | A three-path ultrasonic flowmeter for small-diameter pipelines | |
| US11237034B2 (en) | Device and method for ultrasonic flow measurement | |
| JP2005180988A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
| CN207215202U (en) | A kind of ultrasonic flowmeter | |
| KR100460258B1 (en) | Ultrasonic wave flow measuring method & device | |
| JP2022109347A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
| JPWO2005064289A1 (en) | Ultrasonic flow meter, ultrasonic transducer, ultrasonic transmission / reception unit, and flow measurement method using ultrasonic flow meter |