Ультразвуковой расходомер жидкости, газа и пара. Ультразвуковой датчик расхода нефти


Ультразвуковой метод измерения расхода

Заметки по теме: теплосчетчик, экономия, вода

Ультразвуковыми расходомерами называют расходомеры, принцип работы которых основан в прохождении ультразвуковой волны через поток жидкости или газа. Ультразвуковые расходомеры работают в диапазоне частот от 20кГц до 1000 МГц.

Диапазон частот от 20кГц до 1000 МГц.

         Для прохождения волны и её интерпретации необходимы приемник и передатчик, которые обладают пьезоэлектрическим эффектом. Таким эффектом обладают следующие материалы кварц, турмалин, тартрата калия, сульфата лития, титанат бария, цирконат титаната свинца. Помещая пьезоэлектрический кристалл в электрическое поле упругая деформация вызывает уменьшение или увеличение его длины в соответствии с величиной и направлением полярности поля.

Прикладывая напряжение, размеры пьезокерамических элементов изменяются. При механических воздействиях пьезокерамический элемент генерирует электрический ток. Поэтому пьезокерамические элементы используются в качестве излучателей и приемников сигнала, т.е. как приемопередатчики.

1. Конструкция ультразвуковых расходомеров

         Преобразователь ультразвукового расходомера состоит из отрезка трубы, на котором установлены пьезоэлемента.          Диаметр пьезоэлемента находится в пределах 5-20 милиметров, а его толщина выбирается в зависимости от частоты. В частотных и время-импульсных расходомерах для повешения точности измерений используют частоты 5-20 Мгц.. Обычно в жидкостях применяются частоты ( 50 кГц - 2 МГц. В газовых средах необходимо уменьшать частоты до сотен и десятков Кгц, это вызвано сложностью создания в газах интенсивных акустических колебаний, особенно высокой частоты.

Преобразователи сферического излучения

Данные конструкции применяются в трубах малого диаметра. В качестве преобразователей используются кольцевые пьезопреобразователи, которые создают сферическое излучение. В схеме А , каждый из двух пьезоэлементов по очереди излучает и принимает акустические колебани

Преобразователи с отражателями

Преобразователи с отражателями. Одна из лучших схем для защиты пьезопрезобрателей от условий агрессивной среды и механических примесей в жидкости. В данном случае волна подается от передатчиков-излучателей и, отражаясь от стенок отражателя, попадает на приемник Конструкция 2 А применяется в расходомерах фирмы Kamstrup диаметром до 40 мм.

Схемы с угловым вводом направленных акустических колебаний.

На рисунках А,В,С показаны однолучевые конструкции расходомеров. На рисунке А,D, E трубопровод снабжается особыми впадинами - карманами, в глубине которых находятся пьезоэлементы. Данные конструкции применяются для чистых и неагрессивных сред, так как возможно засорение данных полостей. Также вследствие свободных полостей возможно появление вихрей, влияющих на показание расходомера. Конструкция В лишена данных недостатков, за счет заполнения данных полостей металлом или органическим стеклом. В конструкции С , пьезоэлементы находятся снаружи трубопровода. Они передают акустические колебания через металлические стенки трубы и измеряемому веществу. Чувствительность сигнала гораздо хуже, из-за паразитных сигналов и помех, вызванных прохождением колебаний по стенке трубы. Для увеличения точности используется схемы с двумя, черемя, восьми парами преобразователей-излучателей рисунок D, E .

2. Принцип действия ультразвуковых расходомеров

2.1. Принципы определения расхода основанные на зависимости от времени

         Метод основан на факте, что ультразвуковому сигналу, направленному против движения потока, для прохождения расстояния от излучателя до приемника требуется больше времени, чем сигналу, направленному по ходу движения потока.

Анимация для объяснения принципа определения расхода, основанного на зависимости от времени.          Понимая, что определить время с помощью секундомеров невозможно для данного метода, так как временная разность находится в пределах нано или пикосекунд были реализованы следующие принципы интерпретации сигнала:- Фазные- Частотные- Время импульсные

2.1.1. Фазный принцип определения расхода

         Фазовыми называют ультразвуковые расходомеры, основанные на зависимости фазовых сдвигов уз - колебаний, появляющихся на приемных пьезоэлементах. Данный принцип, также основан на разности времен прохождения этими колебаниями одного и того же расстояния по потоку движущейся жидк

eno-tek.ru

принцип действия, схема и т.д.

Ультразвуковой расходомер — это стандартный расходомер, основой работы которого является измерение скорости потока, а определение расхода потока движущейся среды в нем осуществляется с помощью акустических законов. Такие расходомеры могут быть использованы для измерения расхода потока сред, непроводящих электрический ток.

Ультразвуковой расходомерРекомендуем разобраться с тем, что такое объемный расход и изучить каталог приборов для измерения расхода.

Принцип работы ультразвукового расходомера

Как понятно из названия, ультразвуковой расходомер в своей работе использует ультразвук, который не воспринимается человеческим ухом.

Звук возникает в результате вибраций, которые распространяются в виде волн. Для того, чтобы появился звук, необходимо учесть несколько моментов: источник, посылающий звуковые волны, воздушную или жидкую среду, в которой могут распространяться звуковые волны и объект, принимающий или улавливающий звуковые волны.

Количество звуковых волн, воспроизведенных вибрирующим объектом в течение некоторого заданного отрезка времени называется частотой звуковых волн. Чем быстрее вибрирует объект, тем больше будет посылаться звуковых волн, тем выше будет частота звука. И соответственно, чем медленнее происходит вибрирование, тем ниже частота.

Термином «ультразвук» называется звук с частотой выше уровня частоты, воспринимаемой человеческим ухом. Для того, чтобы определить скорость движения среды с помощью ультразвуковых расходомеров измеряют изменения ультразвуковых частот.

Если работает ультразвуковой расходомер, то источник, вибрируя, посылает ультразвуковые волны с некоторой заведомо известной частотой. Звуковые волны распространяются, двигаются в потоке среды до тех пор, пока они ни наталкиваются на пузырьки воздуха или на твердые частицы в потоке движущейся среды. Когда звуковые волны сталкиваются с воздушными пузырьками или твердыми частицами, они отталкиваются или отражаются от пузырька или частицы и двигаются в обратном направлении к принимающему устройству или приемнику.

Частица или пузырек в среде, находящейся в покое

При замере среды в покое у отраженных звуковых волн будет та же самая частота, что и у посланных источником звуковых волн. На рисунке выше изображен пузырек воздуха или твердая частица в среде, находящейся в покое. Пузырек или частица начинают вибрировать с частотой, посланных звуковых волн. Если среда находится в движении, уровень частоты отраженных звуковых волн, ультразвукового расходомера, сдвигается или изменяется по сравнению с уровнем частоты посланных звуковых волн. На рисунке ниже ряд звуковых волн «впереди» движущегося пузырька более уплотнен в своем последовательном чередовании, чем «позади» пузырька.

Пузырек воздуха в потоке движущейся среды

Волны позади пузырька вытянуты по своей конфигурации по причине наличия скорости движущегося потока. Сам пузырек тоже несколько деформирован по той же самой причине наличия скорости движущегося потока.

Поскольку пузырек движется по мере того, как он посылает обратно или отражает звуковые волны, то фактически он движется «догоняя» звуковые волны впереди него и удаляясь от волн позади него. Другими словами, пузырек начинает вибрировать с той же самой частотой, что и посланные источником звуковые волны, но в результате наличия скорости движущегося потока, который несет этот пузырек, уровень частоты отраженных волн сдвигается. Когда звуковые волны, скомпрессированные в процессе движения потока впереди пузырька, достигают приемника, частота их выше, чем частота звуковых волн, посланных источником, потому, что интенсивность попадания волн на приемник будет выше, чем интенсивность их попадания на приемник в условиях среды, находящейся в покое.

После того, как пройдет пузырек, на приемник ультразвукового расходомера попадают вытянутые по своей конфигурации волны. Частота этих волн ниже, чем частота звуковых волн, посланных передатчиком. Т.к. в последовательности этих волн отмечается расширение, для того, чтобы попасть на приемник этим вытянутым по своей конфигурации волнам понадобиться больше времени.

По мере увеличения скорости движения потока, увеличивается также и сдвиг по частоте. И наоборот, если скорость движения потока среды уменьшается, то уменьшается и сдвиг по частоте. Другими словами, каждому изменению скорости потока присущ соответствующий сдвиг по частоте. Для измерения скорости потока среды в ультразвуковых расходомерах используется эта взаимосвязь. Затем расходомер преобразует величину скорости потока в соответствующую величину расхода потока.

Сдвиг по частоте между переданными и принятыми звуковыми волнами — это один пример естественного феномена, известного по названием эффект Доплера. Он имеет место при условии наличия относительного движения между источником волны и приемником этой волны. В ультразвуковом расходомере движущиеся вместе с потоком среды пузырьки воздуха или твердые частицы становятся передатчиками волн, т.к. от них отражаются волны.

kipiavp.ru

Выбор ультразвукового расходомера / Статьи и обзоры / Элек.ру

3 апреля 2018 г. в 12:36, 116

В современном мире ультразвук применяется во многих сферах, от бытовых устройств до сложных медицинских аппаратов. Одной из успешных областей применения ультразвуковых эффектов является измерение расхода в промышленности.

Сейчас в промышленности наблюдаются тенденции развития в области безопасности, улучшения качества продукции и постоянной оптимизации процессов. Поэтому измерение расхода становится все более важным. От расходомеров требуют точности, широких эксплуатационных характеристик и простоту применения. К сожалению, не все типы расходомеров могут обеспечить соблюдение всех требований. Одним из немногих типов расходомеров, способных решать сложные задачи измерения расхода, являются ультразвуковые (акустические) расходомеры.

Ультразвуковыми расходомерами являются устройства, принцип действия которых основан на измерении величин, изменяющихся при прохождении акустических колебаний сквозь измеряемую среду. Такие расходомеры могут быть фазовыми, частотными, а также основанными на эффекте Доплера.

Типы ультразвуковых расходомеров

По времени прохождения импульса

Устройство ультразвукового расходомера, основанного на измерении времени прохождения импульса, представлено на рисунке 1. Преобразователи А и В являются и источником, и приемником акустических волн. Сигнал идущий по потоку и против него обладает разным временем прохождения. Разность этого времени пропорционально скорости потока и расходу. Такой метод называется фазовым. Так же существуют частотный метод, основывающийся на измерении времени запаздывания ультразвуковых сигналов.

Рисунок 1. Устройство ультразвукового расходомера

Доплеровский расходомер

Эффект Доплера при ультразвуковом измерении расхода используется следующим образом: излучатель посылает волну с некоторой частотой f и скоростью v; волна отражается от частиц, пузырьков или маленьких вихрей в жидкости, скорость которых равна скорости всего потока; отраженная волна имеет частоту отличную от начальной частоты сигнала; разница этих частот пропорциональна разнице скоростей среды и волны; Зная скорость потока, далее можно рассчитать расход. Схематично принцип действия доплеровского расходомера представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Устройство доплеровского расходомера

Достоинства ультразвуковых расходомеров

Расходомеры, основанные на вышеперечисленных методах измерения, обладают рядом преимуществ:

  1. При измерении расхода однородных сред, ультразвуковой метод измерения не будет зависеть от давления, температуры, проводимости и вязкости среды;
  2. Возможность бесконтактного измерения расхода.

Из второго преимущества вытекает множество дополнительных преимуществ, которыми не обладают другие расходомеры, и это:

  1. Монтаж без остановки технологического процесса;
  2. Инертность к агрессивным воздействиям измеряемой среды;
  3. Нет потери давления;
  4. Простота эксплуатации, обслуживания и долгий срок службы.

Практические применения ультразвуковых расходомеров

В настоящее время одними из самых важных ресурсов являются газ и нефть. Их добыча является сложным процессом со своими особенностями. Так добыча нефти является многостадийным процессом, а получаемые продукты могут иметь высокую температуру, вязкость, и даже застывать при нормальных условиях процесса. Применение ультразвуковых расходомеров в таких условиях является одним из лучших решений.

Измерение расхода нефтепродуктов акустическим расходомером Dynasonics TFXL

Например, для измерения расхода нефтепродуктов может быть использован ультразвуковой расходомер Dynasonics TFXL (Рисунок 3а). Погрешность в 1% позволяет производить высокоточные измерения, учитывая, что измеряемый продукт является дорогим, это важная особенность. Прибор работает со средой, температура которой может находится в диапазоне от −40°С до +176°С. Расходомер использует бесконтактны принцип измерения и позволяет производить монтаж снаружи трубопровода. Высокие эксплуатационные характеристики (температура окружающей среды от −40°С до +85°С) и специальные исполнения для опасных зон позволяют использовать прибор в неблагоприятных условиях.

Рисунок 3а. Расходомер Dynasonics TFXL

Рисунок 3б. Принцип измерения

Принцип работы данного прибора основан на перемещении акустических колебаний в среде. Используются 2 преобразователя, которые одновременно являются и передатчиками, и приемниками. Сигнал попеременно передается от преобразователя к преобразователю, сначала по потоку, затем против потока. По разности скоростей прохождения двух сигналов прибор определяет направление потока и его скорость, которая пропорциональна расходу. Прибор может выдать результат измерений по месту на ЖК-дисплее электронного блока, а также передать по стандартному аналоговому выходу 4-20 мA.

Измерение расхода жидкостей ультразвуковым расходомером SU7000

Для технологических процессов, где необходимо измерять расход воды или масла имеются бюджетные решения в сфере ультразвуковых расходомеров, например, расходомер ifm electronic SU7000 (Рисунок 4). Принцип действия данного прибора так же основан на принципе измерения времени прохождения сигнала между двумя преобразователями.

Рисунок 4. Расходомер ifm electronic SU7000

Почему стоит выбирать именно ультразвуковые расходомеры?

Ультразвуковой способ измерения расхода ни в чем не уступает другим способам измерения. Например, турбинные расходомеры, которые очень часто используются при измерении расхода нефтепродуктов, имеют 2 преимущества, которые обуславливают их применение — это простота конструкции и высокая чувствительность. При этом такие расходомеры содержат в себе механические части, которые контактируют непосредственно с измеряемой средой, что делает их зависимыми от вязкости среды, а также имеется возможность поломки деталей расходомера. Ультразвуковое измерение расхода не вносит в измеряемую среду подвижных механических частей, что исключает возможность поломки из-за изнашивания, а также отсутствуют потери давления. При этом их метрологические характеристики идентичны, оба типа расходомеров могут производить измерения с погрешностью в 1% и меньше.

При поломке турбинного расходомера его замена является очень сложным процессом, так как необходимо отсечь трубопровод для демонтажа. Монтаж ультразвуковых расходомеров изначально отметает данную потребность, так как устанавливается на трубопровод снаружи, тем самым делая как первоначальный монтаж, так и последующее обслуживание и ремонт быстрым и простым.

Бесконтактное измерение расхода является главным достоинством ультразвуковых расходомеров и обуславливает все более частое их применение. Существующее измерительные системы могут быть установлены на трубопроводы диаметром до 4000 мм. Отличные метрологические свойства, возможность использования для измерения расхода в нефтяной, химической, пищевой и других промышленностях — делает ультразвуковые расходомеры отличным техническим решением для измерения расхода.

www.elec.ru

Портативный ультразвуковой расходомер для воды и жидкости

С помощью портативных ультразвуковых расходомеров измеряют потребление жидкостей. Прибор работает по принципу время-импульсного измерения потока. Точность показаний, удобство в обращении и продуманная эргономика позволяют отнести переносные счетчики к профессиональному оборудованию.

Используется для учета потребления жидкости, поиска утечек и оптимизации расхода в промышленных и бытовых трубопроводах. Оборудование удобное и легкое – быстро монтировать, снимать и переносить на новое место.

Какие функции выполняют переносные счетчики:

  1. Определяют скорость и направления потока.
  2. Контролируют расход без врезки в трубу.
  3. Выявляют потери и утечки.
  4. Контролируют производительность насосов.

Государственные и частные фирмы успешно применяют расходомеры уже много лет. Ультразвуковые датчики стоят в городских сетях водоснабжения, отопления и канализации. Их используют ТЭЦ, нефтеперегонные заводы и агропромышленные комплексы.

Почти нет ограничений в том, где брать показания – это могут быть как очищенные жидкости, так и смеси с высоким процентом загрязнений. С помощью расходомеров контролируют расход в напорных сетях с чистой или слегка загрязненной жидкостью.

Принцип действия

В основе ультразвук, который меняет скорость прохождения по потоку и против него, курсируя между двух датчиков. На основе разницы скоростей и параметров, которые задает оператор, прибор вычисляет объем. Метод назвали Transit-Time.

Ультразвуковой метод имеет ряд преимуществ:

  • Скорость получения данных.
  • Точность измерений.
  • Возможность работать в труднодоступных местах.

Большой диапазон по диаметру – от 12 до 3 200 мм. Главное правильно ставить датчики – W-образным способом на трубы до 100 мм, V-образным до 300 мм и Z-образным на большие диаметры – от 300 мм и выше. Подробности в инструкции.

Возможности переносных расходомеров

В крупных сетях случаются аварии, утечки и несанкционированные отборы. И так как на каждой ветке стационарные точки ставить дорого, то выгоднее купить два-три переносных прибора – они прикроют все проблемные зоны.

Переносные ультразвуковые датчики подходят для чистой и слегка загрязненной жидкости.

Предназначены для измерения расхода питьевой или технической воды в полностью заполненных трубах. Устанавливаются как на магистралях, так и в локальных трубопроводах, в том числе:

  • На водозаборах.
  • В теплосетях.
  • В напорной канализации.

Преимущества:

  • Устанавливается без остановки потока.
  • Цветной ЖК-дисплей.
  • Не нужна врезка.
  • Подходит для любого трубопровода, где есть небольшой ровный участок.
  • Можно измерять слабый поток с погрешностью 0,5%.
  • Подключаются датчики давления и температуры.
  • Ставится за 5 мин.
  • Импульсные выходы для сигнализации и систем SCADA.

Главный плюс – экономический. Больше не нужны дорогие стационарные врезки на всех проблемных участках – всего два переносных прибора обслужат всю сеть. Кроме этого, есть еще ряд преимуществ:

  • Экономичное измерение любых жидкостей.
  • Невысокая цена по сравнению с необходимостью оборудовать несколько стационарных счетчиков.
  • Ночные измерения медленного потока позволяют лучше контролировать потребление жидкости.

Руководители большинства предприятий переходят на ультразвук. Выгода слишком очевидна, чтобы игнорировать ее и продолжать работать по старинке.

 Области применения переносных датчиков

Оборудование успешно используется там, где есть трубы. То есть, практически, везде:

  • Теплоснабжение. Счетчики с широким температурным диапазоном работают не только в локальных, но и в магистральных сетях.
  • Водоснабжение. Расходомеры измеряют чистую, артезианскую и любую неподготовленную воду.
  • Водоотведение. Расходомер сточных вод позволяет следить за сливными, ливневыми и хозяйственными стоками. Датчики при этом не повредятся.
  • Системы кондиционирования – постоянный или пусковой подсчет этиленгликоля.
  • Производство еды и напитков. Расход считают без погружения в среду – то есть соблюдаются санитарные нормы.
  • Химическая промышленность. Агрессивные хим. концентраты не повреждают оборудование.
  • Добыча и переработка нефти. Ультразвуком измеряют пластовую жидкость, нефть и продукты переработки.
  • Изготовление лекарств. Звуковой метод не нарушает стерильность. Возможно замерять расход на устойчивых к коррозии металлах и пластмассах, в том числе на трубах диаметром от 15 мм.
  • Производство бетона. Ни один врезной датчик не справится с дозированием бетона. Ультразвуковой бесконтактный – да.
  • Лабораторные исследования. Измерения проходят извне, не затрагивая тонкие научные процессы.
  • Аудит энергосетей. Переносной прибор очень облегчает труд проверяющего в процессе обследования энергоносителей.
  • Диагностика утечек. Поиск повреждений в теплосетях и водопроводах.
  • Эксплуатация насосов. Внешними замерами определяют реальную производительность без остановки и демонтажа.
  • ЖКХ и Управляющие компании. Решение спорных ситуаций путем параллельного измерения со стационарным оборудованием, в котором сомневаются.

Как видим – возможности прибора очень широки. И в каждом случае переход на ультразвуковые датчики позволяет не только упростить обслуживание, но и значительно сократить затраты. Для предприятий с большими объемами транспортируемых жидкостей важно не только во время устранять утечки, но делать это быстро и, по возможности, с минимальными затратами. И ультразвуковые портативные расходомеры – лучшее решение.

Особенности расходомеров ChronoFlo для систем водоснабжения и водоотведения:

  • Время-импульсный метод измерений.
  • 1 месяц работы от встроенной батареи. 2 мес. – от внешнего источника.
  • Герметичность – работает в затопленных колодцах.
  • Подходит для труб диаметром от 12 до 3 200 мм.
  • Производится фирмой Hydreka SAS (Франция).

Вывод:

Переносные приборы на основе ультразвука – точный и надежный способ контролировать расход жидкости в сетях водоснабжения и канализации. Датчики монтируют снаружи, поэтому их применяют в нефтяной, химической и пищевой промышленности. Мобильное оборудование быстро устанавливают, снимают и переносят на новое место – два расходомера легко обслужат всю сеть. Выгодно, удобно и практично.

vistaros.ru

Ультразвуковой расходомер — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ультразвуковой расходомер

Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые (акустические) расходомеры. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как нет подвижных механических элементов), высокая точность, быстродействие, помехозащищённость – определили их широкое распространение.

Существуют три основные методики определения расхода жидкости при помощи ультразвука:

  • Измерение расхода природного газа в газохранилище ультразвуковыми расходомерамивремя-импульсный метод (фазового сдвига),
  • доплеровские расходомеры,
  • метод сноса ультразвукового сигнала (корреляционный).
Принцип измерения[править | править код]

ru.wikipedia.org

Датчик ультразвукового расходомера

Датчик ультразвукового расходомера может быть использован для определения расхода газов и жидкостей. Он состоит из пролетного канала, в торцах которого установлены акустические преобразователи, и двух патрубков, соединяющих пролетный канал с контролируемым трубопроводом. Акустическая ось преобразователей смещена относительно оси симметрии пролетного канала. Контролируемая среда из патрубков вводится в пролетный канал через его боковую поверхность, соединенную с боковой поверхностью патрубков, и таким же образом выводится из него. Технический результат - конструктивное упрощение устройства, уменьшение габаритов без ухудшения функциональных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к расходомерной технике, в частности к конструкциям время-импульсных ультразвуковых (УЗ) расходомеров, и может быть использована для определения расхода газов и жидкостей.

Измерение расхода ультразвуковым методом сводится к измерению скорости потока измеряемого вещества.

УЗ датчики расходомеров содержат измерительный (пролетный) канал, встроенный в основной трубопровод, входную и выходную камеры, в которых установлены электроакустические преобразователи. Электроакустические преобразователи излучают и принимают акустические импульсы, направляемые по потоку и против него. По разности времен прохождения импульса вдоль и против потока Δτ определяют скорость потока V по следующей формуле:

V=L2⋅Δττ1⋅τ2

где Δτ=τ2-τ1; τ2 - скорость прохождения акустического импульса против потока; τ1 - скорость прохождения акустического импульса вдоль потока; L -путь, который проходит акустический импульс. Затем по известной площади поперечного сечения пролетного канала вычисляют расход измеряемой среды.

Известен датчик УЗ расходомера (JP, заявка №2009236850, Ультразвуковой расходомер), в состав которого входит пролетный канал и два крайних (коленных) участка, расположенные под углом к пролетному каналу. В коленных участках установлены акустические датчики, излучающие навстречу друг другу, которые зондируют поток, протекающий по пролетному участку.

Конструктивной особенностью такого типа расходомеров является то, что коленные соединения позволяют устанавливать акустические преобразователи таким образом, чтобы они не оказывали никакого возмущающего воздействия на измеряемый поток. Преобразователи можно установить как снаружи пролетного канала, так и внутри него - в области коленных соединений.

Недостатком рассматриваемого датчика являются его большие габариты, которые определяются не столько тем, что длина его средней части должна быть достаточной для получения значительной величины Δτ, а сколько тем, что элементы его соединения с контролируемым трубопроводом в связи с его конструктивными особенностями должны быть больших габаритов.

Известен УЗ датчик расходомера (патент RU №2331851, МПК G01F 1/66), габариты которого значительно меньше, чем у датчика, рассмотренного выше. По совокупности существенных признаков это решение является наиболее близким к предлагаемому.

Известный УЗ датчик расходомера содержит пролетный канал, каждый конец которого подсоединен к камере, а камеры соединены с концами контролируемого трубопровода. В этих проточных камерах установлены акустические преобразователи, с помощью которых измеряется скорость потока в пролетном канале.

Недостатком известного устройства является то, что акустические преобразователи находятся в камерах, которые заполнены водой. В подобного вида преобразователях акустические блоки оказывают влияние на поведение потока и искажают результаты измерения. В рассматриваемом решении это влияние сведено к минимуму за счет увеличения объема камер, т.е. за счет увеличения габаритов. Но вторым недостатком является сложность самой установки акустических блоков внутри камер, их гидроизоляция и гидроизоляция системы подводки электрического напряжения.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка ультразвукового датчика небольших габаритов, в котором акустические блоки не оказывают возмущающего влияния на контролируемый поток.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый ультразвуковой датчик расходомера, как и известный, содержит пролетный канал и акустические преобразователи, направленные навстречу друг другу. Но, в отличие от известного, в предлагаемом датчике внешняя поверхность пролетного канала соединена с краями стенок двух патрубков, предназначенных для его соединения с контролируемым трубопроводом, а края каждого патрубка образованы вырезом части его поверхности вдоль его продольной стенки, контактирующей с пролетным каналом, на обоих концах которого выполнены отверстия для ввода и вывода измеряемой среды, причем акустические преобразователи установлены на глухих торцах пролетного канала со смещением акустической оси от оси симметрии канала в сторону, противоположную стороне с отверстиями.

Техническим результатом является конструктивное упрощение устройства за счет того, что в нем не возникает сложностей с гидроизоляцией проводов. Установка акустических преобразователей на торцах пролетного канала позволяет не размещать провода в измеряемой среде, при этом габариты устройства не увеличиваются. Для того чтобы указанные конструктивные изменения не повлияли на точность измерений, акустическая ось смещена в сторону смещения линии максимальной скорости потока, которое происходит при подведении потока к пролетному каналу через боковую стенку.

Совокупность признаков, сформулированная в пункте 2 формулы изобретения, характеризует датчик ультразвукового расходомера, в котором диаметры пролетного канала и дополнительных патрубков равны, а площади отверстий в боковых стенках пролетного канала выбраны из условия их равенства площади поперечного сечения пролетного канала.

Такое техническое решение обеспечивает постоянство поперечного сечения потока измеряемого вещества при его прохождении через датчик ультразвукового расходомера. Следствием этого является повышение достоверности измерений и минимизация потерь напора.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показан предлагаемый датчик ультразвукового расходомера, вид спереди в разрезе.

Датчик ультразвукового расходомера содержит пролетный канал 1 с глухими торцами, на которых установлены акустические преобразователи 2, излучающие навстречу друг другу. Дополнительные патрубки 3 предназначены для соединения пролетного канала с контролируемым трубопроводом. Для того чтобы жидкость (газ) поступала из него в пролетный канал в них выполнены два отверстия 4 и 5 для ввода и вывода измеряемого потока. Особенностью патрубков является составная форма их поверхности в готовом изделии, поскольку вырезанную часть заменяет поверхность пролетного канала, которая приварена к краям выреза дополнительных патрубков. Ширина выреза определяется размером отверстий - она должна быть, по крайней мере, не меньше величины отверстия. Для выполнения условий, сформулированных в пункте 2 формулы изобретения, размеры отверстий должны быть такими, чтобы площадь каждого отверстия равнялась площади поперечного сечения пролетного канала и площади поперечного сечения дополнительного патрубка.

Жидкость (газ), при прохождении пролетного канала, зондируется акустическими преобразователями ультразвуковой частоты. При пропускании зондирующего сигнала по потоку в качестве излучателя работает первый акустический преобразователь, а в качестве приемного - второй. Ультразвуковые колебания проходят только по прямолинейному участку. Пропускание зондирующего сигнала против потока происходит аналогично, только в качестве излучателя работает второй преобразователь, а в качестве приемника - первый. При наличии расхода контролируемой среды происходит сложение векторов скорости ультразвуковых колебаний и скорости контролируемой среды, приводящее к изменению времени распространения ультразвука между электроакустическими преобразователями, при этом по направлению потока среды время уменьшается, а против потока возрастает.

В трубопроводах круглого сечения местные скорости потока изменяются вдоль сечения, принимая максимальные значения в области оси трубопровода. Функция, которая описывает такие изменения, называется эпюрой скоростей. При прохождении потока через рассматриваемый датчик ультразвукового расходомера эпюра скоростей в пролетном канале будет отличаться от осесимметричной формы из-за смещения области максимальных скоростей относительно оси трубопровода. Поэтому поступление контролируемой среды через боковую поверхность пролетного канала накладывает определенное условие на размещение преобразователей, а именно, они должны быть расположены не по центру канала, а со смещением акустической оси в сторону, противоположную стороне, на которой находятся входное и выходное отверстия, именно так смещается линия максимальной скорости эпюры скоростей. Такое расположение преобразователей позволяет зондировать поток в области его максимальных скоростей. Следствием этого является получение более гладкой расходомерной характеристики и повышение чувствительности расходомера.

Описание устройства показывает, что предложен достаточно малогабаритный датчик расходомера простой конструкции. При этом в этой конструкции отсутствуют элементы, которые могут оказывать возмущающее воздействие на поток и тем самым искажать достоверность измерений.

1. Датчик ультразвукового расходомера, содержащий пролетный канал и электроакустические преобразователи, излучающие навстречу друг другу, отличающийся тем, что внешняя поверхность пролетного канала соединена с краями стенок двух патрубков, предназначенных для его соединения с контролируемым трубопроводом, а края каждого патрубка образованы вырезом части его поверхности вдоль его продольной стенки, контактирующей с пролетным каналом, на обоих концах которого выполнены отверстия для ввода и вывода контролируемой среды, причем электроакустические преобразователи установлены на глухих торцах пролетного канала со смещением акустической оси от оси симметрии канала в сторону, противоположную стороне с отверстиями.

2. Датчик ультразвукового расходомера, отличающийся тем, что диаметры пролетного канала и дополнительных патрубков равны, а площади отверстий в боковых стенках пролетного канала выбраны из условия их равенства площади поперечного сечения пролетного канала.

www.findpatent.ru