SI20391A - Merilna cev ultrazvočnega merilnika prostorninskega pretoka fluidov - Google Patents

Abstract

Merilna cev (1) ultrazvočnega merilnika prostorninskega pretoka fluidov ima iltrazvočna pretvornika (T1) in (T2) s pripadajočima reflektorjema (R1) in (R2) umaknjena iz toka fluida. Oddajni oziroma sprejemni ploskvi ultrazvočnih pretvornikov (T1) in (T2) ležita na goriščih pripadajočih reflektorjev (R1) in (R2), ki sta bodisi parabolična ali pa del plašča rotacijskih elipsoidov (E1) in E2). Opisane so štiri variante merilnih cevi (1), ki omogočajo merjenje prostorninskega pretoka fluidov po vseh merilnih postopkih, ki so praktično v rabi. Po pričujočem izumu je dosežena fluidična stabilnost in odsotnost parazitnih ultrazvočnih valov, neobčutljivost na morebitne fluidične tlačne udare in reducirano odlaganje drobnih prašnih delcev na ultrazvočnih pretvornikih in reflektorjih.ŕ

Description

Debeljak Zdravko, Janševa 12, SI-4240 Radovljica Hrovatin Rok, Dol pri Borovnici 88, SI-1353 Borovnica Šolar Borut, Frankovo naselje 160, SI-4220 Škofja Loka Zajec Damir, Janeza Puhaija 10, SI-4000 Kranj

MERILNA CEV ULTRAZVOČNEGA MERILNIKA PROSTORNINSKEGA PRETOKA FLUIDOV

Področje tehnike

Izum sodi v področje tehnike ultrazvočnih merilnikov pretoka fluidov. Po MPK ga uvrščamo vrazredGOlF 1/66.

Tehniški problem

Izum rešuje tehniški problem konstrukcije merilne cevi ultrazvočnega merilnika prostominskega pretoka fluidov, ki bi kar najmanj motila hitrostni profil pretoka fluida in s tem zmanjšala na minimum parazitne ultrazvočne valove.

Stanje tehnike

Pri dosedanjih rešitvah so ultrazvočni pretvorniki bodisi v stenah merilne cevi (EP 440867, EP 559938) ali pa v poglobljenih žepih merilne cevi (DE 4010148, DE 3941546). Iz oddajnega ultrazvočnega pretvornika izhajajoče ultrazvočno valovanje pade, po večkratnem odboju od reflektroijev, na sprejemni ultrazvočni pretvornik. Večkratni prelet v smeri, prečni na smer toka, je potreben zaradi natančnejšega določanja povprečne hitrosti fluida. Pomanjkljivosti teh rešitev so predvsem fluidične motnje, ki so vzrok za nestacionamost hitrostnega profila. Fluidična motnja, ki nastane zaradi sprememb prečnih mer merilne cevi, povzroči amplitudno in fazno nihanje signala, ki zopet zmanjšuje točnost in stabilnost merilnika. Pravtako parazitni valovi poslabšujejo razmerje signal/šum.

Pri nekaterih rešitvah parazitne valove dodatno dušijo z ovirami (DE 3941544) ali z vboklinami in izboklinami na stenah merilne cevi (DE 4010148).

Druga izvedba števcev, ki jih navaja literatura, ima merilno cev okroglega ali pravokotnega preseka z osno nameščenima ultrazvočnima pretvornikoma (EP 580099, EP 907069, EP 682773). Ena od pomanjkljivosti teh rešitev je v zavitih poteh toka fluida, ki utegne povzročiti turbulence in povečan padec tlaka. Ta problem minimizirajo s posebnimi konstrukcijskimi rešitvami. Takšne izvedbe zahtevajo uporabo ultrazvočnih pretvornikov, ki ozvočujejo merilno cev homogeno (po preseku).

Izumitelj ni zadovoljen z obstoječimi rešitvami, zato predlaga novo obliko merilne cevi brez fluidičnih ovir in s takšno namestitvijo ultrazvočnih pretvornikov, pri kateri ne prihaja do parazitnih ultrazvočnih valov.

Opis nove rešitve

Bistvo nove rešitve je v ravnih stenah merilne cevi in ultrazvočnih pretvornikov umaknjenih iz toka fluida. S pomočjo reflektorjev ultrazvoka je dosežena zahtevana oblika ultrazvočnega snopa na vstopu v tok fluida in pri prihodu na drug pretvornik (sprejemnik). Ker je postopkov merjenja prostominskega pretoka fluidov, glede na poti ultrazvočnega snopa, več, je več tudi variant merilnih cevi po pričujočem izumu. Na slikah 1 do 4 so prikazane štiri različne variante merilnih cevi s pripadajočimi ultrazvočnimi pretvorniki in sicer:

-3Slika 1 : Vzdolžni prerez merilne cevi z oddajnim in sprejemnim ultrazvočnim pretvornikom in paraboličnima reflektoijema, ki so vsi umaknjeni iz toka fluida.

Slika 2 : Vzdolžni prerez merilne cevi kot na sl. 1 le s krajšo razdaljo med pretvornikoma.

Slika 3 : Vzdolžni prerez merilne cevi z oddajnim in sprejemnim ultrazvočnim pretvornikom in eliptičnima reflektrojema, ki so vsi umaknjeni iz toka fluida.

Slika 4 : Vzdolžni prerez merilne cevi z oddajnim in sprejemnim ultrazvočnim pretvornikom in paraboličnima reflektoijema, pri čemer je pot ultrazvočnega vala v cevi v smeri osi toka fluida.

V nadaljevanju bodo vse štiri variante podrobneje opisane. Ker postopki merjenja prostominskega pretoka fluidov predstavljajo stanje tehnike, bodo v opisu zajeti le toliko, kolikor je potrebno za razumevanje nove rešitve.

Merilna cev 1, prikazana na sliki 1 ima zgornjo steno 11 in spodnjo steno 12 ravno. Obe steni sta paralelni. Na zgornji steni 11 sta dve odprtini, od katerih vsaka vodi v prostor z ultrazvočnim pretvornikom Tl oziroma T2 in reflektoijem Rl oziroma R2. Namestitev pretvornikov je takšna, da je smer oddajanja in sprejemanja ultrazvočnega valovanja proti srednjemu delu merilne cevi 1. Reflektoija Rl in R2 sta parabolična. Ultrazvočno valovanje, izhajajoče iz ultrazvočnega pretvornika Tl oziroma T2, se po odboju od reflektroja Rl oziroma R2 širi v tok fluida kot ravni val brez divergence, zaradi česar v merilni cevi ne nastajajo parazitni valovi. Oddani ultrazvočni val po večkratnem odboju od sten 11 in 12, vstopi v drugo odprtino in se po odboju od reflektoija Rl ali R2 zbere na površini pretvornika Tl oziroma T2, ki sta postavljena v gorišču reflektoijev Rl oziroma R2.

Bistvena razlika in prednost glede na dosedanje rešitve je v tem, da sta steni 11 in 12 merilne cevi 1 ravni in brez ovir, kar pomeni, da ne povzročata turbulentnih motenj v toku fluida. Zaradi konvergiranj zvočnega snopa pred vstopom v tok fluida ne prihaja do parazitnih valov. Fluidična stabilnost hitrostnega profila toka pomeni večjo stabilnost merilnika, odsotnost parazitnih valov pa povečuje točnost merilnika.

Izvedba merilne cevi 1,prikazane na sliki 2 se razlikuje od prejšnje izvedbe le po tem, da sta ultrazvočna pretvornika Tl in T2 nameščena nad srednjim delom merilne cevi 1 ter oddajata in sprejemata ultrazvočno valovanje v in iz smeri priključkov (koncev) merilne cevi 1. Prednost te izvedbe je v reducirani celotni dolžini merilne cevi 1.

Pri varianti merilne cevi 1, prikazani na sliki 1 je sprememba smeri ultrazvočnega valovanja manjša od 90 stopinj, dočim je pri varianti, prikazani na sliki 2 večja od 90 stopinj, zaradi tega je pri prvi varianti vpad ultrazvočnega valovanja na parabolični reflektor pod večjim

-4kotom, kar pomeni ožji snop in manjšo odprtino v zgornji steni 11 merilne cevi 1. Manjša odprtina pomeni zopet manjšo fluidično motnjo, kar je pomembno zlasti pri merjenju pretoka tekočin, zato je ta izvedba bolj primerna za meijenje pretoka tekočin, dočim je za meijenje pretoka plinov možno s pridom uporabiti varianto, prikazano na sl. 2.

Merilna cev 1, prikazana na sliki 3 ima reflektoija RI in R2, ki sta dela plašča rotacijskih elipsoidov El in E2. Ultrazvočna pretvornika Tl in T2 sta nameščena v goriščih Gl 1 in G21 rotacijskih elipsoidov El in E2. Rotacijska elipsoida sta postavljena tako, da imata skupno drugo žarišče G12 oziroma G22. Spodnja stena 12 merilne cevi 1 je nameščena tako, da se preko nje gorišČe G12 elipsoida El zrcali na zgornjo steno 11 merilne cevi 1. Valovanje, ki izhaja iz ultrazvočnega pretvornika Tl oziroma T2 se po odboju od reflektroja RI ali R2 konvergentno usmeri proti spodnji steni 12 merilne cevi 1 in nato v preslikano gorišče Gl2 ali G22 na zgornji steni 11 merilne cevi 1. Po odboju se valovanje divergentno širi do reflektorja RI ali R2, ki ga nato konvergentno usmeri v sprejemni pretvornik Tl oziroma T2.

Prednost te rešitve je poleg fluidične stabilnosti tudi odsotnost parazitnih valov zaradi konvergentnega vstopanja ultrazvočnega valovanja v odprtino merilne cevi.

Na sliki 4 je prikazana četrta varianta merilne cevi 1. Tudi v tem primeru sta ultrazvočna pretvornika Tl in T2 s pripadajočima reflektoijema RI in R2 postavljena izven toka fluida. Oba reflektroja sta parabolična. Valovanje, izhajajoče iz reflektorja je ravni, nedivergentni val, ki vstopa v fluid vzporedno z osjo toka fluida. Zaradi tega vzporednega valovanja v merilni cevi 1 ne prihaja do parazitnih valov, ki bi se v cevi širili poševno na stene cevi. Ultrazvočna pretvornika Tl in T2 s pripadajočima reflektoijema RI in R2 sta umaknjena od krajišč merilne cevi, da lahko fluid nemoteno vstopa in izstopa iz merilne cevi 1, poleg tega pa sta od fluida ločena še s stenama 111 oziroma 112.

Prednosti predlaganih rešitev so poleg že navedenih še manjša občutljivost ultrazvočnih pretvornikov na morebitne fluidične tlačne udare in odlaganje drobnih prašnih delcev, ki so prisotni v toku fluida, a so premajhni, da bi jih sito na vhodu izločilo.

Postopki meijenja prostominskega pretoka fluidov, razen postopka, kateremu je namenjena nova rešitev, prikazana na sl. 3, so razumljivi brez posebne razlage, postopek meijenja prostominskega pretoka fluida pri katerem je oddajni oziroma sprejemni ultrazvočni pretvornik v enem od gorišč rotacijskega elipsoida pa je opisan v spisu DE 19549162.

Iskraemeco, d.d.

Claims (5)

1. Patentni zahtevki

   1. Merilna cev (1) ultrazvočnega merilnika prostominskega pretoka fluidov, značilna po tem, da ima ultrazvočna pretvornika (Tl) in (T2) s pripadajočima reflektoijema (Rl) in (R2) umaknjena iz toka fluida.
2. 2. Merilna cev (1) po zahtevku 1, značilna po tem, da sta reflektoija (Rl) in (R2) parabolična, da oddajna oziroma sprejemna ploskev ultrazvočnega pretvornika (Tl) leži v gorišču reflektoija (Rl), ultrazvočnega pretvornika (T2) pa v gorišču reflektroja (R2) in da smer oddaje in sprejema ultrazvočenag valovanja poteka proti srednjemu oziroma iz srednjega dela merilne cevi (1).
3. 3. Merilna cev (1) po zahtevku 2, značilna po tem, da sta pretvornika (Tl) in (T2) s pripadajočima reflektorjema (Rl) in (R2) nameščena nad srednjim delom cevi (1) in da oddajata in sprejemata ultrazvočno valovanje v in iz smeri priključkov merilne cevi (1)
4. 4. Merilna cev (1) po zahtevku 2, značilna po tem, da reflektoija (Rl) in (R2) dajeta ravni, nedivergentni ultrazvočni val, katerega osje vzporedna z osjo toka fluida.
5. 5. Merilna cev (1) po zahtevku 1, značilna po tem, da sta reflektoija (Rl) in (R2) dela plašča rotacijskih elipsoidov (El) in (E2), ki imata skupni drugi gorišči (G12) oziroma (G22), oddajni oziroma sprejemni ploskvi ultrazvočnih pretvornikov (Tl) in (T2) pa ležita na goriščih (Gl 1) oziroma (G21) pripadajočih reflektoijev (Rl) oziroma (R2).

   Iskraemeco, d. d.