SK44796A3 - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

Ultrasonic flowmeter Download PDF

Info

Publication number
SK44796A3
SK44796A3 SK447-96A SK44796A SK44796A3 SK 44796 A3 SK44796 A3 SK 44796A3 SK 44796 A SK44796 A SK 44796A SK 44796 A3 SK44796 A3 SK 44796A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
ultrasonic
flow
measurement
quality
flow meter
Prior art date
Application number
SK447-96A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Hartmut Gemmeke
Klaus Schlote-Holubek
Original Assignee
Kernforschungsz Karlsruhe
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kernforschungsz Karlsruhe filed Critical Kernforschungsz Karlsruhe
Publication of SK44796A3 publication Critical patent/SK44796A3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662Constructional details

Abstract

An ultrasonic flowmeter consists of at least two ultrasonic transducers located opposite to each other at an angle to the direction of flow of the medium, and of a measurement chamber. The object of the invention is to develop an ultrasonic flowmeter that allows even small volume flows to be accurately detected with a small measurement volume. For that purpose, the quality of each ultrasonic transducer equals 10 or less, each ultrasonic transducer has a dampening layer whose acoustic resistance is 5 to 120 times higher than that of the liquid to be measured, and the measurement chamber located between two opposite ultrasonic transducers is an acoustic resonance chamber whose quality lies between 20 and 200.

Description

Vynález sa týka ultrazvukového prietokomera podľa predvýznakovej časti patentového nároku 1.The invention relates to an ultrasonic flow meter according to the preamble of claim 1.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V oblasti meracej techniky prietoku je značné množstvo prístrojov pracujúcich podľa značne rozdielnych spôsobov alebo metód, napríklad sú to klasické systémy merania prietoku /dynamický tlak, clonka a.t.d'./, systémy meriace prietok lopatkovými kolesami, magneticko-indukčný systém merania prietoku, vírové počítadlo, Coriolisov prietokomer a systémy ultrazvukového merania prietoku.In the field of flow measurement technology there are a large number of instruments operating according to considerably different methods or methods, for example classical flow measurement systems / dynamic pressure, orifice, etc./, vane wheel flow measurement systems, magnetic-induction flow measurement system, vortex counter , Coriolis flowmeter and ultrasonic flow measurement systems.

Nevýhodou klasických systémov merania prietoku, napríklad metódy merania s clonkou, sú v prvej rade malé dynamické rozmedzia /10 : 1/ a krátka životnosť vplyvom znečistenia a opotrebovania. Nevýhodou sú často tlakové straty vznikajúce meriacim zariadením.The disadvantages of conventional flow measurement systems, such as orifice measurement methods, are primarily small dynamic ranges (10: 1) and short life due to contamination and wear. The disadvantage is often the pressure loss generated by the measuring device.

Merače s lopatkovými kolesami, sú v meracej technike prietoku značne rozšírené, najmä pri určovaní najmenších množstiev. Ich výhodou je kompaktná konštrukcia a jednoduché riešenie. Prístroje sú výrobne cenovo výhodné a pre malú elektronickú potrebu môžu pracovať nezávisle na elektrickej sieti. Otáčanie lopatkového kolesa sa spravidla sníma induktívne, kapacitne alebo ultrazvukom. Nevýhodou týchto prístrojov je znečistenie ložísk lopatkových kolies. Spôsob magneticko-indukčný vyžaduje elektricky vodivú kvapalinu. Tieto prístroje sú pre svoje relatívne zložité konštrukcie drahé. Prevádzka na batérie je pre nutné silné magnetické striedavé pole sotva možná.Vane meters are widely used in flow measurement techniques, especially when determining the smallest quantities. Their advantage is compact design and simple solution. The devices are cost-effective to manufacture and can operate independently of the electrical network for small electronic needs. Rotation of the impeller is generally sensed inductively, capacitively or by ultrasound. The disadvantage of these devices is the contamination of the ball bearings. The magnetic-inductive method requires an electrically conductive liquid. These devices are expensive because of their relatively complex designs. Battery operation is scarcely possible due to the strong magnetic alternating field required.

Vírivé počítadlá vyžadujú nerušené turbulentné prúdenieSwirl counters require uninterrupted turbulent flow

-2s dlhými vtokovými dráhami. Sú pre účely merania vhodné len pri veľkých rýchlostiach prúdenia.-2 with long runways. They are suitable for measurement purposes only at high flow rates.

Coriolisovy systémy merania prietoku sú spravidla veľmi zložité a preto drahé. Externé kmity môžu citeľne ovplyvniť funkciu prístroja.Coriolis flow measurement systems are generally very complex and therefore expensive. External oscillations can noticeably affect the operation of the device.

Značný rozsah techniky merania prietoku dnes pokrývajú nerezonančné ultrazvukové spôsoby.Non-resonance ultrasonic methods today cover a wide range of flow measurement techniques.

Zariadenia tohto druhu sú napríklad známe z Gätke J.Akustické merania prúdenia a prietoku, nakladateľstvo Akadémia, Berlín 1991 str.67 - 70.Devices of this kind are known, for example, from Gätke J. Acoustic flow and flow measurement, Academy publishing house, Berlin 1991 pp. 67-70.

Prednosti :Advantages:

- nepoužívajú sa pohyblivé diely a preto nevzniká opotrebovanie,- no moving parts are used and therefore no wear occurs,

- problémy so znečistením sú malé,- pollution problems are small,

-je možné značné dynamické rozpätie, 100 : 1 až 300 : 1,- a significant dynamic range of 100: 1 to 300: 1 is possible,

- prúdenie sa ovplyvní iba nevýrazne.- the flow is only slightly influenced.

Nerezonančné ultrazvukové spôsoby majú tieto nedostatky:Non-resonant ultrasonic methods have the following drawbacks:

Spodná hranica merania /citlivosť, rozlišovacia schopnosť/ je v podstate určená dĺžkou meriaceho úseku v smere prúdenia. Dostatočná presnosť preto vyžaduje pri impulznom spôsobe dlhé meracie úseky.The lower limit of measurement (sensitivity, resolution) is essentially determined by the length of the measuring section in the flow direction. Sufficient accuracy therefore requires long measuring sections in the pulse method.

Všeobecne je nutná nákladná konštrukcia meracej rúrky, napríklad so špeciálnymi reflektormi umiestnenými v tejto meracej rúrke, aby sa ultrazvuková vlna nasmerovala požadovaným spôsobom.Generally, a costly construction of the measuring tube is necessary, for example with special reflectors placed in the measuring tube, in order to direct the ultrasonic wave in the desired manner.

Nutná termická stabilita meriaceho článku pre získanie nameranej hodnoty vyžaduje značné úsilie pri konštrukčnom stvárnení.The necessary thermal stability of the measuring cell in order to obtain the measured value requires considerable design effort.

Dlhé meracie úseky vyžadujú dlhé rozmery vstavby alebo prídavné ohyby rúrok a tým zmeny prúdenia.Long measuring sections require long installation dimensions or additional pipe bends and thus flow changes.

Zásadne rušivo sa prejavujú inhomogenity /napríklad vzduch/ v prúdiacom prostriedku / s výnimkou Dopplerovho spôsobu: tu sú inhomogenity nutné/.Inhomogeneities (for example air) in the flow medium (with the exception of the Doppler method) are particularly disturbing: inhomogeneities are necessary here.

-3Podstata vynálezu3. Summary of the Invention

Je úlohou vynálezu navrhnúť také ultrazvukové prietokomery, ktorými sa dajú presne zachytiť i prietoky malého objemu malým meraným objemom.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to provide such ultrasonic flow meters that can accurately capture even small volume flows with a small measured volume.

Táto úloha je riešená význakovou častou patentového nároku 1.This object is solved by the feature of claim 1.

Zostávajúce patentové nároky popisujú výhodné rozpracovanie vynálezu.The remaining claims describe a preferred embodiment of the invention.

Vynálezom sa dajú docieliť nasledujúce zvláštne prednosti :The following particular advantages can be achieved by the invention:

- rezonančná technika s vysokou kvalitou merného článku umožňuje používať podstatne kratší meraný úsek pri súčasnom zvýšení citlivosti a rozlišovacej schopnosti meriaceho systému,- high-quality resonance technique allows the use of a significantly shorter measuring section while increasing the sensitivity and resolution of the measuring system,

- celkove menšie rozmery merného článku, viacnásobné reflexie nie sú nutné,- generally smaller dimensions of the measuring cell, multiple reflections are not necessary,

- jednoduchú a krátku konštrukciu merného článku, ktorý sa dá ľahšie termicky stabilizovať,- simple and short construction of the measuring cell, which is easier to thermally stabilize,

- priame vedenie meriaceho úseku, ktorý menej narušuje prúdenie,- direct guidance of the measuring section which is less disturbing to the flow,

- merný článok sa dá vyrobiť s menšími nákladmi.- the measuring cell can be produced at a lower cost.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Vynález sa bude v nasledujúcom dvoma príkladmi uskutočnenia a pomocou obrázkov bližšie vysvetľovať.The invention will be explained in more detail in the following two exemplary embodiments and by means of the figures.

Ukazujú :Show:

Obr.l schematicky ultrazvukový menič, obr.2 usporiadanie prietoku, obr.3 usporiadanie prietoku, obr.4 spektrum rezonátora, obr.5 spektrum rezonátora vo zväčšenej mierke, obr.6,7 blokové schémy elektronického signálu pre dvaFig. 1 schematically an ultrasonic transducer, Fig. 2 flow pattern, Fig. 3 flow pattern, Fig. 4 resonator spectrum, Fig. 5 resonator spectrum in enlarged scale, Fig. 6,7 electronic signal block diagrams for two

-4ultrazvukové prietokomery, obr.8-11 schematické spôsoby uskutočnenia, pri ktorých sú ultrazvukové meniče uložené v materiáloch s malým akustickým odporom a u ktorých sa prietokový kanál zužuje k stredu.Fig. 8-11 are schematic embodiments in which the ultrasonic transducers are housed in materials with low acoustic resistance and in which the flow channel tapers to the center.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Aby sa mohli vytvárať akustické rezonancie vo fluidu, je nutné modifikovať ultrazvukové meniče.In order to generate acoustic resonances in the fluid, it is necessary to modify the ultrasonic transducers.

Obrázok 1 ukazuje schematický menič 1. Konštrukcia sa od známeho uskutočnenia líši tým, že na prednej strane piezooscilátora 2. je nanesená prídavná tlmiaca vrstva 4 so zvláštnymi akustickými vlastnosťami. Priechodová vrstva 2 zaručuje akustické prispôsobenie piezooscilátora a tlmiacej vrstvy. Mimo toho sú piezooscilátory 2 na zadnej strane tlmené tlmiacim telieskom 5, aby sa docielila väčšia šírka pásma oscilátora. To sa používa u t.z. impulzných meničov pre kontrolu materiálu ultrazvukom.Figure 1 shows a schematic transducer 1. The construction differs from the known embodiment in that an additional damping layer 4 with particular acoustic properties is applied to the front of the piezo oscillator 2. The passage layer 2 ensures acoustic matching of the piezo oscillator and the damping layer. In addition, the piezo-oscillators 2 are damped at the rear by a damping body 5 in order to achieve a larger bandwidth of the oscillator. This is used in t.z. pulse converters for ultrasonic material inspection.

Principiálnu konštrukciu ultrazvukového prietokomera ukazuje obrázok 2. Dva ultrazvukové meniče 1 sú paralelnými čelnými stranami vzájomne usporiadané tak, že medzi nimi vzniká rezonančná priestor 8, pretekaný tekutým médiom, pričom tvorí rezonančný priestor .8 časť prietokového kanálu 7. Dĺžka rezonátora by nemala byť väčšia ako 40 vlnových dĺžiek ultrazvuku používaného pre meranie. Pri dĺžkach rezonátora s 20 jednotiek vlnovej dĺžky, sa dajú spolu s akosťou rezonátora medzi 20 a 200 docieliť optimálne výsledky.The principal design of the ultrasonic flow meter is shown in Figure 2. The two ultrasonic transducers 1 are arranged parallel to each other so as to form a resonant space 8 flowing therebetween, forming a resonance space 8 part of the flow channel 7. The length of the resonator should not be greater than 40 wavelengths of ultrasound used for measurement. With resonator lengths of 20 wavelengths, optimum results can be obtained with a resonator quality between 20 and 200.

Obrázok 3 ukazuje základnú konštrukciu ďalšieho ultrazvukového prietokomera. Dva ďalšie ultrazvukové meniče 1 sú paralelnými čelnými stranami usporiadané k sebe tak, že medzi nimi vznikne čo možno zhodný rezonančný priestor £ ako u obidvoch ostatných ultrazvukových meničov, pričom súFigure 3 shows the basic construction of another ultrasonic flow meter. The two other ultrasonic transducers 1 are arranged parallel to each other in such a way that a resonant space 6 is possible between them as in the case of the two other ultrasonic transducers,

-5hodnoty uhlov medzi rezonátorov rovnaké.-5values of angles between resonators equal.

Ak je jeden z monofrekvenčne budený, smerom prúdenia a každej z ôs ultrazvukových meničov /vysielač/ vznikajú v prúdiacom médiu prekryvy tam a späť bežiace zvukové vlny. Sú ďalekosiahle nezávislé od charakteristiky zdroja zvuku a sú v podstate určované geometriou rezonátora a zvukovými parametrami média /hustota, rýchlosť zvuku/. V protiľahlom ultrazvukovom meniči /prijímač/ sa akustické signály preukazujú.When one of the mono-frequency drives is excited, there are overlapping back and forth sound waves in the flowing medium in the flow direction and each of the eight ultrasonic transducers. They are largely independent of the characteristics of the sound source and are essentially determined by the geometry of the resonator and the sound parameters of the medium (density, speed of sound). In the opposite ultrasonic transducer / receiver, the acoustic signals are detected.

Materiál a hrúbka tlmiacej vrstvy majú rozhodujúci vplyv na charakteristiku rezonančných kriviek /tlmenie, šírka pásma, väzba a.t.ď./; môžu sa prispôsobiť, na práve potrebné požiadavky merania.The material and thickness of the damping layer have a decisive influence on the characteristics of the resonance curves (damping, bandwidth, a.t. bond); they can be adapted to the measurement requirements just needed.

Pre akustickú väzbu na merané médium má význam pomer akustických odporov tlmiacej vrstvy /Z(s)/ a prúdiaceho média /Z(w)/. Citlivosť a rozlišovacia schopnosť meriaceho usporiadania sú určené akosťou rezonátora: ostré rezonancie reagujú citlivo na malé rozladenie. Opačne sa môže pri rovnakej citlivosti a s usporiadaním rezonancie vysokej akosti príslušne skrátiť dĺžka meraného úseku. Napríklad sa môžu pri prechode zvukovej vlny z ocele do vody s odpormi zvuku /Z(s)/=45.10s kg/m2.s/ docieliť šírky pásma 2-4 KHz.For the acoustic coupling to the measured medium, the ratio of the acoustic resistance of the buffer layer (Z (s)) and the flow medium (Z (w)) is important. The sensitivity and resolution of the measuring arrangement are determined by the quality of the resonator: sharp resonances respond sensitively to small dis- tance. Conversely, at the same sensitivity and with a high-quality resonance arrangement, the length of the measured section can be shortened accordingly. For example, bandwidths of 2-4 KHz can be achieved when sound waves pass from steel to water with sound resistances /Z(s)/=45.10 s kg / m 2 .s /.

Napríklad pre použitie, kde pre tlmiacu vrstvu používajú materiály ako je sklo, hliník alebo keramika. Pre stredné a vysoké akosti /100 - 1000/ sa prednostne používa zušľachtená oceľ, meď, kysličník hlinitý, platina alebo volfrám. Pre uskutočnenie tlmiacej vrstvy sa hodí najmä zušľachtená oceľ, pretože sa dá pri vode ako prúdiacom prostriedku dosiahnuť akosť 200 - 400.For example, for applications where materials such as glass, aluminum or ceramics are used for the damping layer. For medium and high grades (100-1000), heat-treated steel, copper, aluminum oxide, platinum or tungsten is preferably used. In particular, heat-treated steel is suitable for the damping layer, since a water quality of 200-400 can be achieved with water as a flowing agent.

Hrúbka tlmiacej vrstvy a priechodovej vrstvy musí byť volená menšia ako 1/8, pretože inak vznikajú v týchto vrstvách nežiadúce rezonancie. 1 určuje pritom vlnovú dĺžku ultrazvuku. Akustická impedancia priechodovej vrstvy 3. leží a /Z(w)=1,5.10s kg/m2.s/ sa požaduje malá akosť, saThe thickness of the cushioning layer and the passage layer must be chosen to be less than 1/8, as otherwise undesirable resonances will occur in these layers. 1 determines the wavelength of the ultrasound. The acoustic impedance of the transition layer 3 lies and /Z(w)=1,5.10 s kg / m 2 .s / low quality is required,

-6medzi impedanciou média a tlmiacej vrstvy 4.-6 between impedance of medium and buffer 4.

Aby sa rozsah ladenia akustického rezonátora mohol prispôsobiť účelu merania, je nutné pritlmiť piezokeramiku na zadnej strane. Zodpovedajúcim dimenzovaním tlmiaceho telieska /materiál, hrúbka/ je možné požadovaným spôsobom optimalizovať šírku pásma ultrazvukového meniča.In order to adapt the tuning range of the acoustic resonator to the measuring purpose, it is necessary to press the piezo-ceramics on the back. By correspondingly dimensioning the damping element (material, thickness), it is possible to optimize the bandwidth of the ultrasonic transducer in the desired manner.

Obrázok 4 ukazuje spektrum rezonátora v oblasti frekvencie od 100 KHz do 2 MHz. Priechodovú vrstvu pritom tvorí epoxidová živica. Hrúbka vrstvy je 100 gm. Tlmiaca vrstva 4 je vytvorená z medi. Hrúbka vrstvy je 80 gm.Figure 4 shows the resonator spectrum in the frequency range from 100 KHz to 2 MHz. The passage layer is formed by an epoxy resin. The layer thickness is 100 gm. The damping layer 4 is made of copper. The layer thickness is 80 gm.

Na obrázku 5 je znázornený zväčšený -výrez spektra z obrázku 4. Odstup dvoch tu znázornených rezonancií bude o to menší,o čo väčšia bude dĺžka rezonátora.Figure 5 shows an enlarged section of the spectrum of Figure 4. The spacing of the two resonances shown here will be all the smaller the length of the resonator.

Jednoznačné podmienky merania preto vznikajú len ak je odstup dvoch po sebe nasledujúcich rezonancií dvakrát tak veľký ako je posun kmitočtu vyvolaný meriacim efektom.Consequently, unambiguous measurement conditions arise only if the spacing of two consecutive resonances is twice as large as the frequency shift induced by the measuring effect.

DÍžka rezonátora by sa vtedy mala optimalizovať s ohľadom na očakávaný posuv kmitočtu.The length of the resonator should then be optimized with respect to the expected frequency shift.

Pri ultrazvukovom spôsobe s fázovým posuvom sa využíva efekt unášania, čo znamená, že prúdiacim médiom sa mení doba priebehu podľa zvukovej vlny. V podstate sa rozlišujú dva prevádzkové spôsoby, impulzná prevádzka a kontinuálna prevádzka.In the phase-shift ultrasonic method, a drift effect is used, which means that the flowing medium changes the waveform time according to the sound wave. Essentially, two operating modes are distinguished, pulse operation and continuous operation.

Pri kontinuálnej prevádzke sa môže docieliť viditeľné zlepšenie rozlišovacej schopnosti tým, že bežne používané merané články nízkej kvality sa nahradia meracími článkami vysokej kvality. Pri rovnakej fázovej citlivosti elektroniky sa relatívna zmena fáze dj/dv zväčší vysokou akosťou merného článku /akustická rezonancia/. Pri zodpovedajúcej vysokej akosti sa môže redukovať pre konštantnú citlivosť celkového systému dĺžka meraného úseku.In continuous operation, a visible improvement in the resolution can be achieved by replacing commonly used low-quality test cells with high-quality test cells. With the same phase sensitivity of the electronics, the relative phase change dj / dv is increased by the high quality of the measuring cell (acoustic resonance). At a correspondingly high quality, the length of the measured section can be reduced for the constant sensitivity of the overall system.

Meranie sa uskutočňuje so sínusovítým signálom a vyvažuje sa na rezonančnú frekvenciu. Zmenou rýchlosti prúdenia média vyvolaná zmena priebehu signálu ultrazvukuThe measurement is performed with a sinusoidal signal and balanced to a resonant frequency. A change in the flow of the medium caused by a change in the course of the ultrasound signal

-Ί spôsobuje rozladenie rezonátora, ktoré sa dá na prijímači merať ako fázový posuv /meranie fáze/.-Ί causes tuning of the resonator, which can be measured on the receiver as phase shift / phase measurement /.

Ďalšou možnosťou je nastaviť vysielanú frekvenciu vyregulovaním fázového rozdielu na novú rezonančnú frekvenciu /j=0°, meranej frekvencie/. Pritom j označuje fázový uhol. Posuv frekvencie je v tomto prípade meradlom pre rýchlosť prúdenia.Another possibility is to set the transmitted frequency by adjusting the phase difference to a new resonant frequency (j = 0 °, measured frequency). J denotes the phase angle. The frequency shift in this case is a measure of the flow rate.

U vyššie popísaných metód sa predpokladá, že sa rýchlosť zvuku fluida pozoruhodne nemení. Aby sa mohli eliminovať vplyvy teploty a tlaku, uskutočňuje sa diferenčné meranie.The methods described above assume that the sound velocity of the fluid does not change remarkably. In order to eliminate the effects of temperature and pressure, a differential measurement is performed.

Z literatúry sú známe metódy, ktoré pracujú na princípe vytvárania rozdielu, napríklad spôsoby rozdielu fáz alebo frekvencie. Pre tento účel sa uskutočňujú buď dva senzory striedavo ako vysielače prípadne prijímače /obrázok 2/ alebo sa používajú dve protismerné usporiadania /obrázok 3/. Posledné menované usporiadanie má tú prednosť, že sa môže určovať fáza prípadne frekvencia v obidvoch smeroch súčasne. Predložený spôsob určenia prietokovej rýchlosti využíva unášacím efektom vyvolané posuvy frekvencie pevného meraného úseku /regulačná slučka dĺžky dráh, lambda locked loop, LLL/.Methods which work on the principle of creating a difference, for example phase or frequency difference methods, are known from the literature. For this purpose, either two sensors are provided alternately as transmitters or receivers (Figure 2) or two upstream arrangements (Figure 3) are used. The latter arrangement has the advantage that a phase or a frequency can be determined simultaneously in both directions. The present method of determining the flow rate utilizes drift-induced frequency shifts of a fixed section (lambda locked loop, LLL).

Najmä sa vždy reguluje na frekvenciu, pri ktorej vzniká rezonancia, vtedy na celý násobok vlnovej dĺžky zvuku 1/2 medzi vysielačom a prijímačom. Rozdiel rezonančných frekvencií f a f2 vlny, s rýchlostnými komponentmi v smere prípadne proti smeru prúdenia, sa zisťuje buď prepínaním smeru vysielania alebo sa priamo určuje obojsmernou prevádzkou.In particular, it is always regulated to the frequency at which the resonance is generated, then to the whole multiple of the wavelength of sound 1/2 between the transmitter and the receiver. The difference in the resonant frequencies faf 2 of the wave, with the speed components upstream or downstream, is determined either by switching the transmission direction or directly determined by bidirectional operation.

Rýchlosť prúdenia v sa môže vypočítať podl'a rovnice a hľadaný objem prúdu V podľa rovnice 2.The flow velocity v can be calculated according to the equation and the volume of the current V sought according to equation 2.

(f.(F.

f. ) rovnica 1 . cos bf. equation 1. cos b

-8rovnica 2-8 equation 2

Pritom značí:It means:

b = uhol senzorub = sensor angle

A = prierezová plocha rúrkyA = cross-sectional area of the pipe

K = kalibrovací faktorK = calibration factor

Frekvenční posuv rezonančnej krivky sa vyhodnocuje pomocou spôsobu LLL. Elektronické spracovanie signálu musí byť schopné vyregulovať fázu /j = 0°/ a selektívne separovať rezonanciu. To sa docieli regulačným okruhom fáze /PLL/, ktorý sa súčasne využíva ako pásmová priepust /Tracking-Gilter/.The frequency shift of the resonance curve is evaluated using the LLL method. The electronic signal processing shall be capable of regulating the phase (j = 0 °) and selectively separating the resonance. This is achieved by a phase control circuit (PLL), which is also used as a Tracking-Gilter.

Obrázok 6 ukazuje blokové schéma elektronického spracovania signálu pre jednodráhovú prevádzku s dvoma senzormi /US1, US2/. Spínače SI a SD2 prepínajú smer vysielania.. Signál prijímača sa zosilní a privádza sa do PLL. Úlohou PLL je vyregulovaú frekvenciu, pri ktorej vzniká rezonancia. Po uplynutí polovici doby merania sa senzory prepínajú. Meranie frekvencie sa uskutočňuje čítačovým modulom, tak že po uplynutí periódy merania je na výstupe z čítača k dispozícii rozdiel frekvencií f2-f ako digitálne slovo.Figure 6 shows a block diagram of electronic signal processing for single-track operation with two sensors (US1, US2). Switches S1 and SD2 switch the transmission direction. The receiver signal is amplified and supplied to the PLL. The role of PLL is to regulate the frequency at which resonance is generated. After half of the measurement time, the sensors switch. Frequency measurement is performed by a reader module, so that after the measurement period has elapsed, a frequency difference f 2 -f is available as a digital word at the output of the reader.

Na obrázku 7 je znázornené spracovanie signálu pri dvojdráhovej prevádzke. Stavba elektroniky sa v podstate líši od vyššie uvedeného uskutočnenia tým, že odpadá prepínanie a na každú dvojicu senzorov nadväzuje úplná úprava signálu.Figure 7 illustrates signal processing in dual-path operation. The construction of the electronics is essentially different from the above embodiment in that switching is eliminated and each pair of sensors is followed by a complete signal conditioning.

Frekvencie vytvorená PLL 1 a PLL 2 sa súčasne spracovávajú pomocou zlučovača M. Na jeho výstupe je k dispozícii požadovaný rozdiel frekvencií f2-fi pre ďalšie spracovanie a vyhodnotenie.Frequencies generated PLL 1 and PLL 2 are simultaneously processed by M. combiner to its output available the required difference frequency f 2 f i for further processing and evaluation.

Obrázok 8 ukazuje prietokomer, u ktorého je skriňa prietokového senzoru z úložného materiálu 2 s malýmFigure 8 shows a flowmeter in which the flow sensor housing is made of storage material 2 with small

-9akustickým odporom /menším ako 5.10Gkg/m2.s/ a dobrými tlmiacimi vlastnosťami. Prietokový kanál sa kužel'ovito zužuje z obidvoch strán smerom k stredu. Zúžený prierez umožňuje zvýšiť, rýchlosť prúdenia a tým tiež efekt merania. Pri správnom dimenzovaní vstupných a výstupných úsekov sa rýchlosť prúdenia zvýši niekoľkonásobne, tlaková strata sa môže udržať na nízkych hodnotách.-9acoustic resistance (less than 5.10 G kg / m 2 .s) and good damping properties. The flow channel tapers conically from both sides towards the center. The tapered cross-section allows to increase the flow velocity and thus also the measurement effect. If the inlet and outlet sections are correctly sized, the flow rate will be increased several times, the pressure drop can be kept low.

Obrázok 9 ukazuje zhodné usporiadanie ako na obrázku 8, úložný materiál 5. je však obklopený kovovou rúrkou 13. Tým sa docieli lepšia stabilita. Vyloženie rezonančného priestoru 8. úložným materiálom 5. slúži akustickému tlmeniu rušiacich zvukových vín, ktoré vznikajú v kovovej skrine. Ako materiál sa môžu používať látky, ktorých akustický odpor má hodnotu medzi 1,5 a 5.10s kg/m2.s a ktoré majú tlmiace vlastnosti. Napríklad sú vhodné: tvrdá a mäkká guma, polyuretán a rôzne umelé hmoty.Figure 9 shows the same arrangement as in Figure 8, but the support material 5 is surrounded by a metal tube 13. This results in better stability. The lining of the resonant space 8 with the storage material 5 serves to acoustically dampen disturbing sound wines produced in a metal cabinet. Substances whose sound resistance has a value between 1.5 and 5.10 s kg / m 2 and which have damping properties can be used as the material. For example: hard and soft rubber, polyurethane and various plastics.

U senzoru na obrázku 10 sú úložným materiálom, 9, obklopené len ultrazvukové meniče 1. Ostatná časť rúrky môže byť kovová alebo z iného materiálu s vysokým akustickým odporom.In the sensor of Figure 10, only ultrasonic transducers 1 are surrounded by the storage material 9. The other part of the tube may be metal or other material with high acoustic resistance.

U senzoru na obrázku 11 sú mŕtve priestory 12 medzi ultrazvukovými meničmi 1 a prietokovým kanálom Ί_ uzavreté proti prietokovému kanálu 7 fóliou 11. Mŕtve priestory 12 sú naplnené kvapalinou. Môžu byť taktiež spojené vyrovnávacími kanálmi 10 s prietokovým kanálom. Akustický odpor fólie 11 by sa mal čo najviac blížiť akustickému odporu média.In the sensor of Figure 11, the dead spaces 12 between the ultrasonic transducers 1 and the flow channel 7 are closed against the flow channel 7 by a film 11. The dead spaces 12 are filled with liquid. They may also be connected by the equalizing channels 10 to the flow channel. The sound resistance of the film 11 should be as close as possible to the sound resistance of the medium.

Claims (5)

1. Ultrazvukový prietokomer vytvorený z aspoň dvoch ultrazvukových meničov usporiadaných vzájomne protiľahlé šikmo k smeru prietoku média a z meriaceho priestoru obklopené rúrkou, vyznačujúci sa tým, že a/ akosť ultrazvukového meniča /1/ je 10 alebo menšia, b/ každý z ultrazvukových meničov /1/ má tlmiacu vrstvu /4/, ktorej akustický odpor je 5 až 120 krát väčší ako akustický odpor meranej kvapaliny, c/ meriaci priestor medzi dvoma vždy vzájomne protiľahlými ultrazvukovými meničmi /1/ je akustickým rezonančným priestorom /8/, ktorého akosť, sa pohybuje medzi 20 a 200.An ultrasonic flow meter made up of at least two ultrasonic transducers arranged opposite each other at an angle to the flow direction of the medium and a measuring space surrounded by a tube, characterized in that a (a) quality of the ultrasonic transducer (1) is 10 or less; (1) has a damping layer (4), the acoustic resistance of which is 5 to 120 times greater than the acoustic resistance of the liquid to be measured; c / the measuring space between two ultrasonic transducers (1) is mutually opposed; between 20 and 200. 2. Ultrazvukový prietokomer podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hrúbka tlmiacej vrstvy /4/ činí najvyššie 1/8 vlnovej dĺžky ultrazvuku.Ultrasonic flow meter according to claim 1, characterized in that the thickness of the buffer layer (4) is at most 1/8 of the ultrasonic wavelength. 3. Ultrazvukový prietokomer podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že akosť ultrazvukových meničov /1/ je menšia ako 5.Ultrasonic flow meter according to claim 1 or 2, characterized in that the quality of the ultrasonic transducers (1) is less than 5. 4. Ultrazvukový prietokomer podľa jedného z nárokov 1 ažUltrasonic flowmeter according to one of claims 1 to 4 3, vyznačujúci sa tým, že rúrka /13/ sa od vstupu a výstupu smerom k stredu kužeľovito zužuje.3, characterized in that the tube (13) tapers conically from the inlet and outlet towards the center. 5. Ultrazvukový prietokomer podľa jedného z nárokov 1 ažUltrasonic flow meter according to one of claims 1 to 5 4, vyznačujúci sa tým, že ultrazvukový menič /1/ je uložený v materiáli /9/ ktorého akustický odpor je menší ako 5.10s kg/m2.s.4, characterized in that the ultrasonic transducer (1) is embedded in a material (9) whose acoustic resistance is less than 5.10 s kg / m @ 2 . -116. Ultrazvukový prietokomer podľa jedného z nárokov l až 5,vyznačujúci sa t ým, že mŕtve priestory /12/ pred ultrazvukovými meničmi /1/ sú pomocou fólií /11/ uzavreté proti prietokovému kanálu /7/.-116. Ultrasonic flow meter according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the dead spaces (12) in front of the ultrasonic transducers (1) are closed by means of foils (11) against the flow channel (7).
SK447-96A 1993-10-16 1994-10-13 Ultrasonic flowmeter SK44796A3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934335394 DE4335394C2 (en) 1993-10-16 1993-10-16 Ultrasonic flow meter
PCT/EP1994/003372 WO1995011426A1 (en) 1993-10-16 1994-10-13 Ultrasonic flowmeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK44796A3 true SK44796A3 (en) 1996-08-07

Family

ID=6500363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK447-96A SK44796A3 (en) 1993-10-16 1994-10-13 Ultrasonic flowmeter

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP0706640A1 (en)
CZ (1) CZ92496A3 (en)
DE (1) DE4335394C2 (en)
HU (1) HUT73914A (en)
SK (1) SK44796A3 (en)
WO (1) WO1995011426A1 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9607804D0 (en) * 1996-04-13 1996-06-19 F T Tech Ltd Anemometer
DE19648784C2 (en) * 1996-05-28 1998-04-09 Krohne Ag Ultrasonic flow meter
SE9801007D0 (en) * 1998-03-25 1998-03-25 Siemens Elema Ab Device for measuring a gas flow
DE10034474C1 (en) * 2000-07-15 2001-10-11 Flexim Flexible Industriemeste Liquid or gas characteristics measuring method using ultrasound has conical wavefront directed through pipe with detection of waves after propagation through the liquid or gas
DE10137193B4 (en) * 2001-07-31 2004-02-05 Sensotech Gmbh Method and device for measuring acoustic quantities in liquid media
DE102004027546B4 (en) * 2004-06-04 2006-10-05 Fachhochschule Kiel Method and device for measuring the flow velocity in volumes of an acoustic resonator arrangement
DE102004027544B4 (en) * 2004-06-04 2007-02-01 Fachhochschule Kiel Method and device for determining the flow rate in an acoustically good transfer medium
DE102006026311A1 (en) * 2006-06-02 2007-12-06 Endress + Hauser Flowtec Ag In-line measuring device with a measuring tube lined with polyurethane inside and method for its production
US7523675B2 (en) 2006-06-02 2009-04-28 Endress + Hauser Flowtec Ag In-line measuring device with measuring tube lined internally with polyurethane and method for manufacture thereof
FR2906609B1 (en) * 2006-09-28 2009-02-13 Veolia Proprete Sa DEVICE FOR MEASURING THE FLOW OF ONE OF THE CONSTITUENTS OF A MULTIPHASIC FLUID IN FLOW IN A CONDUIT.
DE102008055030A1 (en) * 2008-12-19 2010-07-01 Endress + Hauser Flowtec Ag Measuring tube of an ultrasonic flow measuring system
JP2012021899A (en) * 2010-07-15 2012-02-02 Panasonic Corp Ultrasonic flow rate measuring unit and ultrasonic flowmeter using the same
DE102013105407A1 (en) 2013-05-27 2014-11-27 Endress + Hauser Flowtec Ag Device for determining and / or monitoring the volume and / or mass flow of a medium
DE102013109349A1 (en) * 2013-08-29 2015-03-05 Endress + Hauser Flowtec Ag Ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter
WO2015063079A1 (en) 2013-10-28 2015-05-07 Technical University Of Denmark A flow meter for ultrasonically measuring the flow velocity of fluids

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4130018A (en) * 1977-08-30 1978-12-19 Envirotech Corporation Ultrasonic transducer with reference reflector
GB2140160B (en) * 1983-05-21 1986-04-30 Gen Electric Co Plc Apparatus for sensing the movement of a fluid
DE3331531A1 (en) * 1983-09-01 1985-03-21 Elster AG, Meß- und Regeltechnik, 6700 Ludwigshafen Method and device for measuring the flow velocity of fluids by means of ultrasound

Also Published As

Publication number Publication date
CZ92496A3 (en) 1996-10-16
HUT73914A (en) 1996-10-28
WO1995011426A1 (en) 1995-04-27
HU9600984D0 (en) 1996-06-28
EP0706640A1 (en) 1996-04-17
DE4335394A1 (en) 1995-04-20
DE4335394C2 (en) 1997-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7469599B2 (en) Flowmeter mounted on a containment
US5214966A (en) Method and apparatus for measuring mass flow
EP0681685B1 (en) Fluid flow meter
EP0801311B1 (en) Ultrasonic flow velocity sensor and method of measuring the velocity of a fluid flow
US6912918B1 (en) Mass flow sensor and methods of determining mass flow of a fluid
SK44796A3 (en) Ultrasonic flowmeter
US5131279A (en) Sensing element for an ultrasonic volumetric flowmeter
US4550614A (en) Oscillatory flowmeter
US7124621B2 (en) Acoustic flowmeter calibration method
US7412902B2 (en) Device for determination and/or monitoring of the volumetric and/or mass flow of a medium and having coupling element including two element portions
EP0594802A1 (en) Method and device in acoustic flow measurement for ensuring the operability of said measurement
WO1988008516A1 (en) Ultrasonic fluid flowmeter
DK0566859T3 (en) Ultrasonic flow meter
CN1092160A (en) Flow metering device
US7614309B2 (en) Cup-shaped ultrasonic transducer for a flowmeter
KR100311855B1 (en) Fluid flow meter
US6820500B2 (en) Small pipe bore ultrasonic flowmeter detector
JP2653391B2 (en) Ultrasonic transmission / reception conversion element for flow measurement device
GB2209217A (en) An ultrasonic fluid flow meter
RU2640122C1 (en) Vortex acoustic flow transducer
EP0022828B1 (en) A method of and apparatus for determining the mass flow rate of a fluid stream
SU1002966A1 (en) Device for measuring liquid and gaseous media flow speed and consumption rate
GB2209218A (en) An ultrasonic fluid flow meter with anti-fraud means
GB2209216A (en) Ultrasonic flowmeter combined with a pressure sensor
Coulthard et al. Vortex wake transit time measurements for flow metering