СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕКУЩИХ ЖИДКОСТЕЙ С ПЕРЕМЕННЫМ УРОВНЕМ И РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК G01F1/66 

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения расхода жидкостей как в открытых, так и в закрытых потоках.

Известен способ измерения расхода жидкости в потоках с переменным уровнем, по которому измерение расхода производят с учетом как скорости, так и высоты уровня жидкости (SU, авт. св. N 723374, кл. G 01 F 1/66, 1980).

Недостатком указанного способа является низкая точность измерения высоты уровня переменного потока жидкости, обусловленная тем, что измерение высоты уровня жидкости производят не непосредственно, а определяют косвенным образом из решения двух уравнений, описывающих распространение ультразвуковых импульсов по потоку и против него.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ определения расхода жидкости в открытых потоках с переменным уровнем (DE, заявка N 3223393, кл. G 01 F 1/66, 1983 [1]). В указанном изобретении определение расхода жидкости осуществляется с помощью устройства, устанавливаемого над поверхностью жидкости. Для определения средней скорости потока излучают ультразвуковые импульсы под углом к направлению потока, по и против потока, а для определения уровня жидкости изучают ультразвуковые импульсы в направлении поверхности жидкости, принимают отраженные импульсы и измеряют время прохождения этого пути.

Недостатком известного способа является то, что он не может быть применен для измерения потоков, уровень которых превышает уровень расположения прибора, поскольку измерение производится по лучам, распространяемым вниз из зоны, расположенной выше уровня жидкости, и отражаемым от ее поверхности.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства является расходомер жидкости, включающий измерительный модуль, устройство измерения скорости потока жидкости, содержащее пару приемопередающих датчиков, и устройство измерения высоты уровня жидкости, содержащее один приемо-передающий датчик, связанные с прибором для управления формированием ультразвуковых импульсов, вычисления и отображения информации о расходе жидкости [1].

Известное устройство также не обеспечивает достаточной надежности измерения.

Техническим результатом от использования изобретений является повышение надежности измерения.

Это достигается тем, что по способу измерения расхода текущих жидкостей с переменным уровнем при измерении уровня жидкости ультразвуковые импульсы излучают в горизонтальной плоскости в проницаемой для ультразвука твердой среде, расположенной в потоке жидкости, на отражатель и далее вверх к поверхности жидкости, а при определении средней скорости измеряют время прохождения ультразвуковыми импульсами, излучаемыми в потоке жидкости, равного расстояния по потоку и против потока.

Технический результат, создаваемый заявленным устройством, достигается тем, что в расходомере измерительный модуль выполнен в виде лотка, на разных боковых сторонах которого закреплены приемопередающие датчики, устройства измерения скорости потока, а устройство измерения высоты уровня жидкости выполнено в виде функционального узла, закрепленного на основании лотка и представляющего собой брусок из твердого, проницаемого для ультразвука материала, в котором герметично вмонтирован приемопередающий датчик и выполнена отражающая ультразвук поверхность. Для измерения расхода жидкости в трубопроводах лоток имеет в сечении форму части окружности и оснащен средствами крепления в трубе.

Кроме того, отражающая ультразвук поверхность функционального узла расположена с противоположной от датчика стороны под углом 45^o к направлению распространения ультразвука.

На фиг. 1 показан установленный в трубопроводе ультразвуковой преобразующий модуль, вид сверху; на фиг. 2 - тот же модуль, вид сбоку в разрезе по осевой линии; на фиг. 3 - тот же модуль, вид спереди; на фиг. 4 - модуль в аксонометрии.

Расходомер жидкости (фиг. 1 и 2) содержит ультразвуковой преобразующий модуль, выполненный в виде изготовленного из нержавеющего материала лотка 1, на противоположных боковых сторонах которого закреплены два приемопередающих датчика 2 и 3, служащие для определения скорости жидкости по потоку и против потока путем приема и передачи ультразвуковых импульсов. Направление потока показано стрелкой А.

Для измерения высоты уровня жидкости служит вмонтированный в дно лотка 1 функциональный узел 4, представляющий собой брусок 5 из твердого проницаемого для ультразвука материала, внутрь которого запрессован приемопередающий датчик 6. Противоположный от датчика конец бруска выполнен в виде расположенного под углом 45^o отражателя 7 ультразвуковых импульсов.

Датчики, служащие для измерения скорости потока 2, 3 и высоты уровня жидкости 6, соединены проводами 8 (фиг. 3) с прибором для управления формированием ультразвуковых импульсов, вычисления и отображения информации о расходе.

Для крепления внутри трубопровода 9 расходомер оснащен крепежным приспособлением 10 (фиг. 3 и 4).

Расходомер работает следующим образом.

При измерении расхода жидкости лоток 1 с датчиками 2, 3 и функциональным узлом 4 с помощью крепежного приспособления 10 крепят внутри трубопровода 9.

Для определения скорости потока жидкости от датчика 2 к датчику 3 посылают ультразвуковой импульс по пути 11 (фиг. 1) и с помощью прибора управления формированием ультразвуковых импульсов, вычисления и отображения информации о расходе жидкости определяют время распространения импульса между датчиками по потоку.

Затем от датчика 3 к датчику 2 посылают ультразвуковой импульс по тому же пути 11 и аналогично определяют время распространения импульса между датчиками против потока. С помощью того же прибора вычисляют среднюю скорость движения жидкости в трубе.

Для определения высоты уровня жидкости от приемопередающего датчика 6 посылают ультразвуковой импульс по горизонтальному пути 12 (фиг. 2) внутри твердого бруска 5 к отражателю 7 и далее по вертикальному пути 13 в среде жидкости к ее поверхности 14. Отраженный от поверхности жидкости ультразвуковой импульс возвращается обратно через отражатель 7 к датчику 6. Используя полученные данные, вычисляют высоту уровня жидкости аналогично вычислению скорости.

С помощью того же прибора определяют расход жидкости и отображают полученные результаты.

Изобретения позволяют измерить расход потока в широком диапазоне измерения уровня жидкости.

За счет уменьшения площади контакта функциональных элементов с жидкостью повышается надежность измерений.

Использование: измерение расхода жидкостей в открытых и закрытых потоках с переменным уровнем. Сущность изобретений: определяют время распространения ультразвуковых импульсов под углом к направлению потока по и против течения, по которому вычисляют среднюю скорость потока. Высоту уровня жидкости определяют путем пропускания ультразвуковых импульсов через твердую среду, находящуюся в потоке, в направлении поверхности жидкости. Расходомер, реализующий способ, содержит ультразвуковой измерительный модуль в виде лотка 1, на боковых сторонах которого закреплены приемопередающие датчики устройства измерения скорости потока. В основании лотка закреплено устройство измерения высоты уровня жидкости, выполненное в виде бруска из твердого материала, в котором установлен приемопередающий датчик 6. Конец бруска выполнен в виде отражателя ультразвуковых импульсов. Для крепления внутри трубопровода расходомер снабжен крепежным приспособлением 10. Вычисление расхода осуществляется прибором управления формированием ультразвуковых импульсов, вычисления и отображения информации о расходе. 2 c. и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ измерения расхода текущих жидкостей с переменным уровнем, включающий определение средней скорости и высоты уровня жидкости, вычисление величины расхода, при этом для определения средней скорости излучают ультразвуковые импульсы под углом к направлению потока жидкости по и против потока, а для определения уровня жидкости излучают ультразвуковые импульсы в направлении поверхности жидкости, принимают отраженные импульсы и измеряют время прохождения импульсами этого пути, отличающийся тем, что ультразвуковые импульсы излучают в потоке жидкости, при определении средней скорости измеряют время прохождения импульсами равного расстояния по потоку и против потока жидкости, а при измерении уровня жидкости ультразвуковые импульсы излучают в горизонтальной плоскости в проницаемой для ультразвука твердой среде на отражатель и далее вверх к поверхности жидкости. 2. Расходомер жидкости, включающий измерительный модуль, устройство измерения скорости потока жидкости, содержащее по меньшей мере одну пару приемопередающих датчиков, и устройство измерения высоты уровня жидкости, содержащее по меньшей мере один приемопередающий датчик, связанные с прибором для управления формированием ультразвуковых импульсов, вычисления и отображения информации о расходе, отличающийся тем, что измерительный модуль выполнен в виде лотка, на разных боковых сторонах которого закреплены приемопередающие датчики устройства измерения скорости потока, а устройство измерения высоты уровня жидкости выполнено в виде функционального узла, закрепленного на основании лотка и представляющего собой брусок из твердого проницаемого для ультразвука материала, в котором герметично вмонтирован приемопередающий датчик и выполнена отражающая ультразвук поверхность. 3. Расходомер жидкости по п.2, отличающийся тем, что лоток имеет в сечении форму части окружности и оснащен крепежным приспособлением. 4. Расходомер жидкости по п.2, отличающийся тем, что отражающая ультразвук поверхность функционального узла расположена с противоположной от датчика стороны под углом 45^o к направлению распространения ультразвука.