Ультразвуковой измеритель объемного расхода жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения объемных расходов жидкости, использующих эффекты акустических колебаний, и может быть применено при конструировании ультразвуковых расходомеров для увеличения точности измерений и упрощения измерительных средств.

Задачей заявляемого изобретения является создание ультразвукового расходомера, способного измерять объемный расход сред с любой оптической плотностью с точностью турбинных расходомеров, но простыми измерительными средствами.

Достигаемым техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерения объемного расхода жидкости.

Заявляемый ультразвуковой измеритель объемного расхода жидкости изображен на представленном чертеже.

Устройство содержит корпус 1, в котором установлена тангенциальная турбинка 2 с устройством модуляции в виде лопаток 3, имеющих на концах отражающие поверхности 4, генератор 5 для возбуждения акустических колебаний, излучатель 6 для излучения акустических колебаний в поток, приемник 7 для приема и преобразования акустических колебаний в электрический сигнал, усилитель-формирователь 8 для усиления сигнала и формирования импульсов прямоугольной формы, измеритель 9 для измерения объемного расхода.

Излучатель 6 установлен на корпусе 1 так, что излучаемый акустический луч перпендикулярен к оси потока и падает на отражающую поверхность 4, которая наклонена на 30° к оси потока.Приемник 7 установлен в зоне падения отраженного акустического луча на корпусе 1.

Корпус 1 устройства выполнен с выступающей наружу камерой, в верхней части которой установлен излучатель 6, а на боковой стенке установлен приемник 7, причем боковая стенка выполнена под углом к оси излучателя 6, обеспечивающим вход отраженного сигнала на приемник 7 под прямым углом. .

00

о

о

GJ К)

ю

W

Генератор 5 соединен с излучателем 6, а выход приемника 7 соединен с усилителем формирователем 8, выход которого ho- Йае.тся на вход измерителя 9. Ось турбинкй 2 смещена в сторону камеры корпуса 1.

.В качестве излучателя б и приемника 7 использовались пьезоэлементы из титаната свинца толщиной 1 мм и диаметром 10 мм с рабочей частотой 2,25 МГц. Размеры отражающей поверхности 4 составляют в нашем случае 5 х 10 мм. В качестве усипителя 8 использовался стандартный усилитель, обеспечивающий стандартный выход. Количество импульсов подсчитывалось стандартным 12-разрядным счетчиком, а расход определялся по таблице, или по индикатору измерителя 9.

Заявляемый ультразвуковой измеритель объемного расхода жидкости работает следующим образом.

При прохождении жидкости через корпус 7 происходит вращение турбинкй 2 и при совмещении отражающей поверхности 4 устройства модуляции с акустическим сигналом от излучателя 6 осуществляется его отражение на приемник 7. При других положениях турбинкй 2 акустический сигнал не попадает на приемник 7, пока под излучатель б снова не подойдет следующая отражающая покерхность 4. Таким образом, акустический сигнал модулируется прерыванием пропорционально частоте вращения турбинкй 2, которая в свою очер едь пропорциональна скорости потока, т.е. объемному расходу. Следовательно, частота следоэания электрических сигналов с приемника 7 пропорциональна объемному расходу. Электрический сигнал с выхода приемника 7 через усилитель-формирователь 8 передается на измеритель 9, где происходит подсчет импульсов и расчет объемного расхода жидкости с его непосредственным отображением на индикаторе в зависимости от диапазона измерений в л/с-или м3/с. При более простом варианте измерителя 9, имея данные счетчика, объемный оасход можно определить по имеющимся таблицам.

Повышение точности измерения объясняется следующим образом.

Известно, что ультразвуковой луч реагирует на скорость потока, усредненную по диаметру-VA, которая всегда больше усредненной скорости по площади сечения тру5

0

бопровода-Vc. Обычно для определения vc, по которой определяют объемный р асход; пользуются выражением

; vc k Уд,

где k 1 - поправочный коэффициент, который изменяется при переходе от ламинарного движения жидкости к турбулентному и обратно. Обычно этот поправочный коэффициент трудно учитывать при измерении рас- хода в широком диапазоне, т.к. он может колебаться от 0,75 до 0.95, что и снижает точность измерейия в прототипе.

Заявляемое устройство имеет высокую точность измерения, т.к. измерения осуществляются при постоянном.турбулентном движении жидкости в зоне взаимодействия с акустическими сигналами, благодаря конструкции корпуса и компановки элементов устройства в нем.

Например, при увеличении числа Re от 4 103 на три порядка, поправочный коэффициент k в нашем случае изменяется толь- 5 . ко на 3%, При диаметре условного прохода 40 мм измерялся расход воды в.диапазоне от 0,2 до 12 л/с. Погрешность заявляемого расходомера во всем диапазоне не превышала ± 0,2%, а у серийных ультразвуковых расходомерах она колеблется от 0,5 до 2,5%. Отсюда можно сделать вывод о достижении указанного технического результата заявляемым изобретением.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель объемногЬ расхода жидкости, содержащий корпус, тур- бинку с устройством модуляции, излучатель и приемник ультразвукового сигнала, связанные с генератором и счетчиком импульсов соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, корпус выполнен с выступающей камерой, в верхней части которой установлен излучатель ультразвукового сигнала, тур- бинка с устройством модуляции установлена в корпусе тангенциально, при этом ось вращения турбинкй перпендикулярна оси излучателя ультразвукового сигнала и смещена относительно оси корпуса в сторону выступающей камеры, а приемник ультразвукового сигнала установлен на боковой стенке выступающей камеры под углом v оси излучателя.

0

5

0

5

0

Использование: в измерительной технике для измерения объемного расхода. Сущность изобретения: устройство содержит тангенциально установленную в корпусе турбину с модулятором ультразвукового луча, излучатель и приемник ультразвука, установленные на выступающей камере корпуса под углом к оси вращения турбины и связанные с генератором и счетчиком импульсов. 1 ил.