УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 1996 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к устройствам измерения расхода жидкостей и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтяной, нефтеперерабатывающей химической и других отраслей промышленности.

Известен расходомер, содержащий датчик объемного расхода жидкости, датчик плотности с частотно-импульсным преобразователем и счетчик импульсов (1). К его недостаткам можно отнести невысокую точность измерения плотности из-за измерения только ее средней величины.

Известен также частотно-импульсный ультразвуковой расходомер, содержащий пьезоэлектрические преобразователи, коммутирующее устройство, блоки измерения объемного расхода и плотности, счетно-регистрирующие устройства (2). Однако, указанный расходомер имеет недостаточную точность измерения параметров и надежность, поскольку измерение параметров расхода и плотности контролируемой среды осуществляется в различных ее зонах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является ультразвуковой расходомер, содержащий пьезоэлектрические преобразователи, соединенные через коммутирующее устройство с блоком измерения объемного расхода, выход которого подключен к счетно-регистрирующему устройству /3/ Недостатком этого расходомера являются ограниченные функциональные возможности, поскольку с его помощью осуществляется только измерение объемного расхода.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства с одновременным повышением точности и надежности измерения параметров контролируемой среды.

Эта задача решается за счет того, что известный вышеуказанный ультразвуковой расходомер снабжен вертикально установленной измерительной камерой с входными и выходными патрубками, блоком управления и последовательно соединенными блоком измерения плотности и вторым счетно-регистрирующим устройством. При этом пьезоэлектрические преобразователи размещены на верхней и нижней стенках измерительной камеры, входы блока управления подключены соответственно к выходам блока измерения расхода и блока измерения плотности, а выход блока управления подключен к входу коммутирующего устройства и первому входу блока измерения плотности, к второму входу которого подключен пьезопреобразователь, размещенный на нижней стенке измерительной камеры.

При осуществлении изобретения достигается технический результат, заключающийся в том, что предлагаемая конструкция устройства позволяет использовать на одних и тех же преобразователях прямой и обратный пьезоэффект и производить, таким образом, измерение расхода и плотности в одной зоне, что в свою очередь позволяет исключить погрешности при калибровке устройства и измерениях, вызываемые колебаниями свойств и параметров контролируемой среды вдоль потока.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема устройства: на фиг. 2а временная диаграмма работы блока 6 с пьезопреобразователем 3 при измерении плотности ρ потока жидкости; на фиг. 2б временная диаграмма работы блока 5 с пьезопреобразователями 2,3 при измерении объемного расхода Q. Ультразвуковой расходомер включает установленную вертикально измерительную камеру 1 с входным и выходным патрубками, на верхней и нижней стенках которой размещены, соответственно, пьезопреобразователи 2 и 3, подключенные через коммутирующее устройство 4 к блоку 5 измерения объемного расхода Q.

Пьезопреобразователь 3, установленный на нижней стенке камеры 1, подключен также к блоку 6 измерения плотности r, другой вход которого связан с блоком 7 управления. Выход блока 5 подключен к счетно-регистрирующему устройству 8 и одному из входов блока 7. Выход блока 6 подключен к другому входу блока 7 управления и счетно-регистрирующему устройству 9. Выход блока 7 связан также с коммутирующим устройством 4.

Коммутирующее устройство 4 и блок 5 измерения объемного расхода могут быть выполнены известным образом, например в соответствие с ультразвуковым расходомером по а.с. СССР N 280905.

Блок 6 измерения плотности может быть выполнен, например в виде измерительного усилителя (ультразвукового толщиномера УД-10УА).

Блок 7 управления представляет собой процессор, осуществляющий подачу на блоки 4,6 управляющих импульсов по заданной программе в зависимости от расхода жидкости в соответствии с диаграммами 2а и 2б, где q время опорожнения измерительной камеры 1, t_ρ время измерения плотности, t_v время прохождения ультразвукового импульса от одного преобразователя к другому. При этом где L расстояние между пьезопреобразователями (высота измерительной камеры);
V скорость потока жидкости.

Предлагаемый расходомер работает следующим образом.

При прохождении потока жидкости измерительную камеру 1 с помощью коммутирующего устройства 4, преобразователей 2, 3 и блока 5 измерения объемного расхода осуществляют поочередное направление ультразвуковых колебаний по потоку и против него и измерение разностной частоты F колебаний, которая, как известно, зависит от скорости потока:
F K•
Через период времени θ, равный времени опорожнения камеры 1, блок 7 управления отключает коммутирующее устройство 4 от преобразователей 2,3 и подает управляющий сигнал на блок 6 для измерения плотности, которое осуществляется с помощью размещенного на нижней стенке камеры 1 преобразователz 3, воспринимающего давление массы жидкости, находящейся в камере 1 и выдающего пропорциональный этому давлению (и, следовательно, плотности r) электрический сигнал. После окончания процесса измерения плотности блок 7 вновь включает в работу коммутирующее устройство 4 и цикл измерений повторяется.

Использование: в информационно-измерительных системах нефтяной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит вертикальную измерительную камеру 1 с входным и выходным патрубками, два пьезопреобразователя 2 и 3, коммутирующее устройство 4, блок 5 измерения объемного расхода, блок 6 измерения плотности, блок 7 управления, два счетно-регистрирующих устройства 8,9. 2 ил.

Ультразвуковой расходомер, содержащий пьезоэлектрические преобразователи, соединенные через коммутирующее устройство с блоком измерения объемного расхода, выходом подключенного к первому счетно-регистрирующему устройству, отличающийся тем, что он снабжен вертикально установленной измерительной камерой с входным и выходным патрубками, блоком управления и последовательно соединенными блоком измерения плотности и вторым счетно-регистрирующим устройством, при этом пьезоэлектрические преобразователи размещены на верхней и нижней стенках измерительной камеры, входы блока управления подключены к выходам блока измерения расхода и блока измерения плотности соответственно, а выход блока управления к входу коммутирующего устройства и первому входу блока измерения плотности, к второму входу которого подключен пьезоэлектрический преобразователь, размещенный на нижней стенке измерительной камеры.