Датчик ультразвукового расходомера Советский патент 1988 года по МПК G01F1/06 

Л/

00 Ш 4 О 4

Изобретение относится к датчикам ультразвуковых расходомеров и может найти применение для измерения расхода звукопроводящих сред в различ- ных отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода протекающих сред за счет повышения коэффициента передачи датчика и увеличе- ния озвучиваемого поперечного сечения.

На фиг. 1 показан датчик ультразвукового расходомера с двумя элек- Т1)оакустическими преобразователями (ЭАП), разрезы А-А, Б-Б и В-В} на фиг. 2 - одно из пирамидальных углублений, изометрия; на фиг. 3 - сечение В-В на .фиг. 1; на фиг. 4 - схема хода центральных акустических лучей датчи- ка ультразвукового расходомера.

На фиг. 3 обозначены: jf - угол ввода акустического луча в поток в плоскости сечения; R - радиус ЭАП; Н - высота мерного участка; X - по- ловина базового расстояния между ЭАП.

Датчик выполнен в. виде мерного участка трубопровода 1 (фиг.1) с отражающими внутренними плоскостями. На входной и выходной частях мерного участка установлены электроакустические преобразователи 2-5. На противоположных стенках мерного участка симметрично его продольной оси 00 вы- полнены пирамидальные углубления 6, основания которых представляют собой квадраты, одна из диагоналей которых расположена вдоль продольной оси 00, а углы при вершине выбраны таким об- разом, чтобы оебспечить устойчивое безотрывное протекание потока. Два приемно-излуч ющих ЭАП 2 и 3 установлены заподлицо на смежных боковых гранях 7.t одного из пирамид альных углублений 6.1 на входной части мерного участка, а два других ЭАП 4 и 5 установлены заподлицо на смежных боковых гранях 7.2 противоположного пирамидального углубления 6.2 на выходной части мерного участка.

Датчик ультразвукового расходомера работает следующим образом (фиг.4)

При излучении зондирующего сигнала по потоку в качестве излучателей ра ботают ЭАП 2 и 3, а в качестве приемных элементов - ЭАП 4 и 5, причем излучение и прием зондирукядего сигнала происходит перекрестно, сигнал, излученный ЭАП 2, принимается ЭАП 4, а сигнал, излученный ЭАП 3, принимается ЭАП 5.

Излученные ЭАП 2 и 3 сигналы отражаются от боковых граней 8.2 противоположного пирамидального углубления 6.2, затем еще раз отражаются от боковых граней 8.1 первого пирамидального углубления, на котором установлены излучаищие ЭАП 2 и 3, и затем подаются на приемные ЭАП 4 и 5.

При излучении .зондирующего сигнал против потока датчик работает анало- гичным образом, но в обратном направлении.

В датчике ультразвукового расходомера в качестве отражающих поверхностей использованы боковые грани 8 пирамидальных углублений 6, что позволяет получать большее по сравнению с известным датчиком- расстояние между ЭАП при одинаковом угле ввода акустического луча в поток у и одинаковом количестве отражений. Это увеличивает точность измерений расхода среды за счет увеличения коэффициента передачи датчика. Вычисляют базовое расстояние между центрами ЭАП 2 и, 4 в плоскости сечения мерного участка, проходящей через их центры (фиг.З). При заданных R - радиусе ЭАП, Н - высоте мерного участка, J - угле ввода акустического луча в поток в плоскости сечения половину базового расстояния X можно определить по формуле

X H cosj.sinj-4 (R + Hsiny) siny.tg2jf Н- H-cos y-tg ЗУ + (R + + H-sinJ).cosy.tg 2j.tg 3J- -- (H+2R siny).tg

Перекрестное озвучивание акустическим лучом контролируемого потока двумя ЭАП позволяет озвучить фактически все сечение мерного участка (фиг. 3 и 4), что дает возможность существенно снизить погрешность в измерении расхода, вызванную изменением режима потока или возмущениями на входе и выходе датчика, поскольку перераспределение эпюры скоростей приводит к изменению соотношения между расходами через контролируемую и неконтролируемую части внутреннего датчика. Выбор углов при вершине пирамидальных углублений обусловлен требованиями устойчивого

безртрывног о протекания потока по сечению мерного участка.

Такий образом, изобретение позволяет повысить точность измерений расхода протекающих сред за счет увеличения коэффициента передачи датчика и озвучивания всего потока с одновременным обеспечением условий безотрывного протекания потока в условиях изменения распределения зпю- ры скоростей по сечению мерного участка.

Датчиком ультразвукового расходомера, озвучивающим по поперечному сечению практически весь поток, возможно заменить более сложный многоканальный ультразвуковой преобразователь и получить более высокую точность измерения расхода.

Формула изобретения

1. Датчик ультразвукового расходомера, содержащий мерный участок прямоугольного в сечении трубопровода с отражающими верхней и нижней внутренними поверхностями и первый и второй электроакустические преобразова

94040

тели, расположенные ла входной и выходной частях мерного участка, о т- личающийся тем, что, с це лью повышения точности измерения расхода за счет повышения коэффициента передачи датчика, мерный участок выполнен в виде пирамидальных углублений на его нижней и верхней поверх10 ностях с квадратом в основании, одна из диагоналей которого параллельна оси мерного участка, при этом первый электроакустический преобразователь установлен на одной из граней пирам 15 дальн бго углубления на верхней поверхности во входной части мерного участка, а второй - на противолежащей грани пирамидального углубления на нижней поверхности в выходной ча20 сти мерного участка.

2. Датчик поп. 1, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения расхода путем увеличения площади озвучиваемого попе25 речного сечения, он снабжен второй парой электроакустических преобразователей, установленных на смежных гранях пирамтадальнык углублений.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения расхода за счет повышения коэффициента передачи датчика. В устр-ве мерный участок вьтол- нен в виде пирамидальных углублений 6.1 и 6.2 на его верхней и нижней поверхностях. Основаниями углублений являются квадраты, одна из диагоналей которых параллельна оси мерного участка . Прнемно-излучающие электроакустические преобразователи 2,3 и 4,5 установлены соответственно на смежных боковых гранях 7.1 и 7.2. углублений 6.1 и 6.2. В качестве отражающих поверхностей использованы боковые грани 8.1 и 8.2. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. о (Л

«.

г1

6-S

тт

1g S

А

-4

dxti

Фиг. 2.