Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода.
Известны способы контроля расхода воды в трубопроводах большого диаметра, заключающиеся в периодическом измерении скорости потока в заданной области его поперечного сечения путем частичного блокирования потока в этой области и преобразования механического воздействия потока в угловое смещение области блокирования [1].
Устройства для реализации известных способов содержат датчик скорости типа вертушки и вторичный прибор в виде электронного потенциометра, милливольтметра или частотомера.
Недостатком известных способов является наличие в потоке постоянно движущихся частей датчика скорости и необходимость вследствие этого иметь относительно сложную систему их смазки.
Известен способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия полного давления воды в трубопроводе в линейное смещение области блокирования [2].
Устройство для реализации известного способа содержит исполнительный узел, установленный на несущей трубке с обеспечением возвратно-поступательного смещения вдоль потока воды в трубопроводе, электромеханический блок, связанный с исполнительным узлом посредством контактной системы, и электронный блок в составе генератора стандартных импульсов, схемы формирования групп стандартных импульсов, схемы формирования информационных сигналов, схемы формирования кратковременных импульсов, схемы учета первого информационного импульса, схемы считывания и счетчика циклов измерения.
Недостатком известного способа и устройства для его реализации является зависимость разрешающей способности от количества поддиапазонов, на которые разбивается диапазон скоростей потока, ограниченный значением максимальной скорости и рекомендуемый для данного диаметра трубопровода при его использовании в качестве внешней сети водопровода.
Задача изобретения - повышение разрешающей способности.
Решение поставленной задачи заключается в том, что в способе определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области, в направлении, противоположном направлению воздействия полного давления, обеспечивают воздействие статического давления воды в трубопроводе на поршень, со стороны воздействия на поршень полного давления и со стороны воздействия на поршень статического давления задают соответственно первую и вторую базовые плоскости, которые размещают на равных расстояниях от плоскости пространственного положения поршня при отсутствии потока воды в трубопроводе, совмещают с первой и со второй базовыми плоскостями соответственно первую плоскость регистрации и вторую плоскость излучения, вдоль направления воздействия на поршень полного давления за первой базовой плоскостью и на базовом расстоянии от нее задают первую дополнительную базовую плоскость, вдоль направления воздействия на поршень статического давления перед второй базовой плоскостью и на базовом расстоянии от нее задают вторую дополнительную базовую плоскость, совмещают с первой и со второй дополнительными базовыми плоскостями соответственно первую плоскость излучения и вторую плоскость регистрации, и в начале первого и последующих циклов измерения, выполняемых через равные интервалы времени, одновременно в первой и во второй плоскостях излучения формируют соответственно первый и второй зондирующие импульсы, посылают первый зондирующий импульс в направлении поршня и в направлении первой плоскости регистрации, и в момент первой и каждой последующей четной регистрации первого зондирующего импульса производят его переизлучения, посылают второй зондирующий импульс в направлении поршня и в направлении второй плоскости регистрации, и после каждого очередного переизлучения первого зондирующего импульса производят переизлучение второго зондирующего импульса, формируют последовательность информационных сигналов, длительность каждого из которых выбирают равной интервалу времени между моментом излучения и очередного переизлучения первого зондирующего импульса и моментом соответствующей нечетной регистрации второго зондирующего импульса, задерживают момент очередного переизлучения второго зондирующего импульса относительно момента соответствующего переизлучения первого зондирующего импульса на время, равное длительности предшествующего информационного сигнала, при четной регистрации второго зондирующего импульса, опережающей по времени соответствующую четную регистрацию второго зондирующего импульса прекращают проведение текущего цикла измерения, и по количеству информационных сигналов, сформированных с момента первого переизлучения первого зондирующего импульса, судят о мгновенном расходе, а по суммарному количеству указанных сигналов, сформированных в процессе измерения, судят о суммарном расходе.
Относительно устройства для реализации способа определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра, содержащего исполнительный узел и электронный блок в составе схемы формирования информационных сигналов и схемы считывания, поставленная задача решается тем, что в состав исполнительного узла включены корпус, в котором размещен поршень с возвратной пружиной, первая измерительная трубка, соединяющая первый входной канал корпуса с линией полного давления, вторая измерительная трубка, соединяющая второй входной канал корпуса с линией статического давления, и четыре ультразвуковых преобразователя, первый и второй из которых установлены на стенках соответственно первой и второй измерительных трубок на равных расстояниях от плоскости пространственного положения поршня при отсутствии потока воды в трубопроводе, третий ультразвуковой преобразователь установлен на стенках первой измерительной трубки между поршнем и первым ультразвуковым преобразователем на базовом расстоянии от указанного преобразователя, четвертый ультразвуковой преобразователь установлен на стенках второй измерительной трубки перед вторым ультразвуковым преобразователем на базовом расстоянии от указанного преобразователя, в состав электронного блока включена схема запуска, схема формирования информационных сигналов электронного блока выполнена в виде двух генераторов импульсов, двух усилителей, девяти электронных ключей, двух одновибраторов и триггера, а схема считывания - в виде двух счетчиков, вход первого усилителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, вход второго усилителя - к четвертому ультразвуковому преобразователю, второй ультразвуковой преобразователь подключен к выходу второго генератора импульсов, третий ультразвуковой преобразователь - к выходу первого генератора импульсов, вход второго генератора импульсов подключен к выходу первого и к выходу второго одновибраторов, вход и отпирающий вход первого электронного ключа подключены к выходу первого усилителя, вход и отпирающий вход второго электронного ключа соединены с запирающим входом четвертого электронного ключа, со вторым установочным входом триггера и подключены к выходу второго усилителя, вход третьего электронного ключа соединен с запирающим входом первого электронного ключа, с отпирающим входом четвертого электронного ключа и подключен к выходу первого электронного ключа, вход четвертого электронного ключа соединен с запирающим входом второго электронного ключа, с запирающим входом третьего электронного ключа и подключен к выходу второго электронного ключа, вход пятого и вход шестого электронных ключей соединены с запирающим входом третьего электронного ключа, со входом первого генератора импульсов, с первым установочным входом триггера и подключены к выходу третьего электронного ключа, и к выходу схемы запуска, вход седьмого и вход восьмого электронных ключей соединены со входом и с запирающим входом девятого электронного ключа и подключены к выходу триггера, запирающий вход пятого электронного ключа соединен с отпирающим входом шестого электронного ключа, со входом первого одновибратора и подключен к выходу пятого электронного ключа, запирающий вход шестого электронного ключа соединен с отпирающим входом пятого электронного ключа, со входом второго одновибратора и подключен к выходу шестого электронного ключа, запирающий вход седьмого электронного ключа соединен с отпирающим входом восьмого электронного ключа, с управляющим входом первого одновибратора и подключен к выходу седьмого электронного ключа, запирающий вход восьмого электронного ключа соединен с отпирающим входом седьмого электронного ключа, с управляющим входом второго одновибратора и подключен к выходу восьмого электронного ключа, запирающий вход девятого электронного ключа соединен со входом сброса показаний первого счетчика и подключен к выходу четвертого электронного ключа, а вход первого и вход второго счетчиков подключены к выходу девятого электронного ключа.
На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 - схема его электронного блока, на фиг. 3 приведены временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства.
Устройство для реализации способа монтируется на трубопроводе 1 посредством седелки 2, задвижки 3 и шлюзовой камеры 4 с сальником. Оно содержит исполнительный блок 5 и электронный блок 6 (фиг. 1).
В состав исполнительного узла включены отдельный корпус 7 с поршнем 8 и возвратной пружиной 9, первая и вторая измерительные трубки 10 и 11, линия 12 полного давления, линия 13 статического давления и четыре ультразвуковых преобразователя 14-17 (фиг. 1).
В состав электронного блока включена схема 18 запуска устройства, а также схема формирования информационных сигналов и схема считывания, содержащие генераторы 19-20, усилители 21-22, электронные ключи 23-31, триггер 32, одновибраторы 33-34 и счетчики 35-36 (фиг. 2).
Способ заключается в следующем.
В основу предлагаемого способа определения расхода заложен принцип измерения максимальной скорости потока по величине скоростного напора в заданной области поперечного сечения трубопровода 1, для чего обеспечивают воздействие полного и статического давлений Px и Po воды в трубопроводе на поршень 8, размещенный с возвратной пружиной 9 в отдельном корпусе 7 исполнительного узла 5 устройства, реализующего способ. При этом полным давлением Px на поршень 8 воздействуют через первую измерительную трубку 10, соединяющую линию 12 с первым входным каналом корпуса 7, а статическим давлением Po - через вторую измерительную трубку 11, соединяющую со вторым входным каналом корпуса 7 линию 13 (фиг. 1).
Благодаря наличию заслонки 3 и шлюзовой камеры 4, установленных на седелке 2, линия 12 полного давления Px, изогнутая в направлении, противоположном направлению потока, и линия 13 статического давления Po исполнительного узла 5 монтируются в трубопровод 1 без перерыва подачи воды.
На равных расстояниях Lo от пространственного положения поршня 8 (линия "A" на фиг. 1-2), в которое он смещается возвратной пружиной 9 при отсутствии потока воды в трубопроводе 1 (при равенстве давлений Px и Po), задают первую и вторую базовые плоскости (линии "В" и "С" на фиг. 1-2). С первой базовой плоскостью "В" совмещают рабочую плоскость первого ультразвукового преобразователя 14, установленного на стенках первой измерительной трубки 10, со второй базовой плоскостью "С" - рабочую плоскость второго ультразвукового преобразователя 15, установленного на стенках второй измерительной трубки 11.
Вдоль направления воздействия на поршень 8 полного давления Px за первой базовой плоскостью "B" и на базовом расстоянии Lб от нее задают первую дополнительную базовую плоскость "D", с которой совмещают рабочую плоскость третьего ультразвукового преобразователя 16, а вдоль направления воздействия на поршень 8 статического давления Po перед второй базовой плоскостью "С" и также на базовом расстоянии Lб от указанной плоскости задают вторую дополнительную базовую плоскость "E", с которой совмещают рабочую плоскость четвертого ультразвукового преобразователя 17.
Третий и второй ультразвуковые преобразователи 16 и 15, как показано на фиг. 2, подключены соответственно к первому и ко второму генераторам 19 и 20, поэтому их рабочие плоскости принимают за первую и за вторую плоскости излучения зондирующих импульсов 38 и 63 (фиг. 3). При этом за первую и за вторую плоскости регистрации принимают рабочие плоскости первого и четвертого ультразвуковых преобразователей 14 и 17, подключенных соответственно к первому и ко второму усилителям 21 и 22.
В начале первого и последующих циклов измерения, выполняемых через равные интервалы времени Tt (фиг. 3), на вход генератора 19 импульсов поступает электрический импульс 37 схемы 18 запуска. Генератор 19 срабатывает и возбуждает третий ультразвуковой преобразователь 16. В результате, в первой плоскости излучения сформируются первый зондирующий импульс 38.
Электрический импульс 37 через открытый в исходном состоянии шестой электронный ключ 28 поступает также на вход второго одновибратора 34. При этом импульс 37 запирает за собой ключ 28 и отпирает пятый электронный ключ 27. Т.к. предварительного воздействия триггера 32 через восьмой электронный ключ 30 на управляющий вход одновибратора 34 не производилось, на вход второго генератора 20 импульс 37 поступит без задержки во времени. Генератор 20 срабатывает и возбуждает второй ультразвуковой преобразователь 15. В результате, во второй плоскости излучения сформируется второй зондирующий импульс 63.
Кроме того, в момент формирования зондирующих импульсов 38 и 63, обозначенный на фиг. 2 символами J1 и J2, электрический импульс 37 поступает на первый установочный вход триггера 34, приступающего к формированию первого информационного сигнала 83.
В связи с тем, что ввод ультразвуковых колебаний в измерительные трубки 10-11 производят посредством преобразователей 14-17 цилиндрической формы, зондирующие импульсы J1 и J2 излучаются в двух противоположных направлениях: в направлении поршня 8 и в направлении одной из линий 12-13, подводящих воду из трубопровода 1 к корпусу 7 исполнительного узла 5.
Первый зондирующий импульс 38(J1), излученный в направлении линии 12 полного давления Px, спустя время То, необходимое для прохождения базового расстояния Lб до первой плоскости "B" регистрации, в виде акустического сигнала 43 (44-46) достигает рабочую плоскость первого ультразвукового преобразователя 14. Преобразованный в электрический, сигнал 43 (44-46) поступает на вход первого усилителя 21. Сформированный усилителем 21 электрический импульс 51 (52-54) поступает на отпирающий вход первого электронного ключа 23, закрытого в исходном состоянии.
Первый зондирующий импульс 38 (J1), излученный в направлении поршня 8, проходит расстояние (Lo + Lx - Lб), где Lx - величина смещения поршня 8 при наличии потока воды в трубопроводе 1, переотражается поршнем 8 в обратном направлении, проходит расстояние (Lx + Lo) и спустя время T1 после излучения достигает в виде акустического сигнала 47 (48-50) рабочую плоскость первого ультразвукового преобразователя 14.
Соответствующий сигналу 47 (48-50) электрический импульс 55 (56-58) с выхода первого усилителя 21 проходит электронные ключи 23 и 25, закрывает их за собой, открывает четвертый электронный ключ 26 и поступает на вход первого генератора 19, посылающего электрический импульс на третий ультразвуковой преобразователь 16. Преобразователь 16 возбуждается и производит первое (второе и т.д.) переизлучение первого зондирующего импульса J1 (импульсы 39-42 на фиг. 3).
Второй зондирующий импульс 63 (J2), излученный в направлении линии 13 статического давления Po, спустя время То, необходимое для прохождения базового расстояния Lб до второй плоскости "E" регистрации, в виде акустического сигнала 67 (68-70) достигает рабочую плоскость четвертого ультразвукового преобразователя 17, преобразуется в электрический и поступает на вход второго усилителя 22. Соответствующий акустическому сигналу 67 (68-70) электрический импульс 75 (76-78) с выхода усилителя 22 поступает на отпирающий вход второго электронного ключа 24, на запирающий вход четвертого электронного ключа 26, а также на второй установочный вход триггера 32. Формирование триггером 32 информационного сигнала 83 длительностью То прекращается. Сигнал 83 открывает девятый электронный ключ 31, а через седьмой электронный ключ 29 поступает на управляющий вход первого одновибратора 33 и устанавливает величину временной задержки в срабатывании последнего, равную значению То.
Второй зондирующий импульс 63 (J2), излученный в направлении плоскости "A", проходит расстояние (Lo - Lx), переотражается поршнем 8 в обратном направлении, проходит расстояние (Lo - Lx + Lб) и спустя время T2 после излучения достигает в виде акустического сигнала 71 (72-74) вторую плоскость регистрации (рабочую плоскость четвертого ультразвукового преобразователя 17). Соответствующий сигналу 71 (72-74) электрический импульс 79 (80-82), сформированный усилителем 22, через второй электронный ключ 24 поступает на вход четвертого электронного ключа 26. Однако в результате того, что на отпирающий вход электронного ключа 26, закрытого импульсом 75 (76-78), импульс 55 (56-58) с выхода первого электронного ключа 23 еще не поступил, электронный ключ 26 не пропустит импульс 79 (80-82) на запирающий вход девятого электронного ключа 31 и на вход сброса показаний первого счетчика 35.
После каждой очередной четной регистрации первого зондирующего импульса J1 (акустические сигналы 47-50) производится переизлучение второго зондирующего импульса J2 (импульсы 64-66). Электрический импульс 55 (56-58), соответствующий моменту регистрации акустического сигнала 47 (48-50), с выхода первого усилителя 21 проходит первый, третий и пятый (шестой) электронные ключи 23, 25 и 27 (28), закрывает за собой электронные ключи 25 и 27, открывает ключ 28 (27) и поступает на вход первого (второго) одновибратора 33 (34). Спустя время To (2To, 3To, 4To и т.д.), равное длительности информационного сигнала 83 (84-86), одновибратор 33 (34) сформирует электрический импульс 59 (60-61), при поступлении которого на вход второго генератора 20 второй ультразвуковой преобразователь 15 произведет в виде акустического импульса 64 (65-66) первое (второе и т.д.) переизлучение второго зондирующего импульса 63.
Электрический импульс 55 (56-57) поступает также на первый установочный вход триггера 32, приступающего к формированию очередного информационного сигнала 84 (85-86), длительность 2To (3To, 4To) которого соответствует интервалу времени между моментом очередного переизлучения первого зондирующего импульса J1 (акустические импульсы 39-41) и моментом соответствующей нечетной регистрации второго зондирующего импульса J2 (акустические сигналы 68-70).
Первый, второй и каждый последующий цикл измерения сопровождают считыванием (через девятый электронный ключ 31) счетчиками 35-36 информационных сигналов 84-86 и заканчивают в момент регистрации акустического сигнала 74, т. е. , как показано на фиг. 3, при опережении моментом очередной четной регистрации второго зондирующего импульса J2 (акустический сигнал 74) момента очередной четной регистрации первого зондирующего импульса J1 (акустический сигнал 50). Соответствующий акустическому сигналу 50 электрический импульс 58 с выхода первого усилителя 21 через первый электронный ключ 23 поступает на отпирающий вход четвертого электронного ключа 26. В результате соответствующий акустическому сигналу 74 электрический импульс 82 с выхода второго усилителя 22 через второй и четвертый электронные ключи 24 и 26 поступит на запирающий вход девятого электронного ключа 31 и на вход сброса показаний первого счетчика 35. При этом в результате того, что электрический импульс 58 опережает по времени формирования электрический импульс 82, третий электронный ключ 25, отпирающий вход которого подключен к выходу второго электронного ключа 24, не пропустит импульс 58 на вход первого генератора 19, на первый установочный вход триггера 32 и на вход одновибратора 33 (34). Т. е. очередной акустический импульс 42 в первой плоскости излучения и соответствующий акустический импульс во второй плоскости излучения (на фиг. 3 не показан) не сформируются.
Спустя время Tt после начала первого (второго и т.д.) цикла измерения приступают к проведению второго (третьего и т.д.) цикла. При этом о величине мгновенного расхода в конце каждого очередного цикла измерения судят по показаниям первого счетчика 35, а о величине суммарного расхода - по показаниям второго счетчика 36, считывающего суммарное количество информационных сигналов 84-86, формируемых триггером 32 в процессе измерения.
Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют судить о величине мгновенного и суммарного расходов не по номеру поддиапазона скоростей потока, рекомендуемых для выбранного диаметра магистрального трубопровода, а по количеству информационных сигналов в последовательности, периодически формируемой через равные интервалы времени, что позволяет повысить разрешающую способность.
Литература
1. Лобачев П.В., Шевелев Ф.А. "Водомеры для водопроводов и канализации". Изд. лит. по строительству, М., 1964, с. 267-276.
2. Патент РФ N 2084830 по кл. G 01 F 1/38. Бюл. 20, 1997 (прототип).
Изобретения предназначены для учета производительности магистральных трубопроводов. На поршень с возвратной пружиной, размещенный в корпусе исполнительного узла, через измерительные трубки, соединенные с входными каналами корпуса, воздействуют полным Рх и статическим давлением Ро воды в трубопроводе. Задают четыре базовые плоскости, с которыми совмещают соответственно первую и вторую плоскости излучения и первую и вторую плоскости регистрации зондирующих импульсов (рабочие плоскости четырех ультразвуковых преобразователей). Производят периодическое зондирование расстояний от плоскостей излучения до поршня, который смещается под воздействием потока в трубопроводе. По количеству информационных сигналов, сформированных за время проведения одного цикла измерения, судят о мгновенном расходе, а по суммарному количеству информационных сигналов, формируемых в процессе измерения, судят о суммарном расходе. Изобретения обеспечивают повышение разрешающей способности. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В ТРУБОПРОВОДАХ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1995 |
|
RU2084830C1 |
Устройство для контроля расхода жидкости | 1990 |
|
SU1756765A1 |
Датчик расхода | 1971 |
|
SU444941A1 |
Авторы
Даты
1999-06-20—Публикация
1997-12-26—Подача