Акустический преобразователь расхода Советский патент 1982 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относитЬя к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при измерении pad- : хода.

Известен акустический преобразователь расхода, включакядий две приемо-излучающие головки, установленные на противоположных сторонах трубопровода и сдвинутые друг относительно друга на некоторое расстояние вдоль оси трубопровода. В таком преобразователе ультразвуковые волны распространяются в контролируемой жидкости под углом к направлению скорости потока Lll.

Однако данный преобразователь имеет недостаточную чувствительность при измерении малых расходов в трубопроводах небольшого внутреннего диаметра, поскольку чувстви- тельность пропорциональна осевому расстоянию между приемо-излучающими головками, которое не превышает одного - дву:е диаметров трубопровода.

Нгинболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь расхода, содержащий прямолинейный отрезок трубопровода р двумя приемо-излучающими головками, установленными на его торт . цах, и два патрубка для ввода и вывода контролируемой жидкости 2 J.

Недостатком такого преобразователя расхода является зависимость чувствительности от скорости звука в контролируемой жидкости, Действи10тельно, чувствительность акустического преобразования расхода, которая определяется как отношение разности времен прохождения зондирукяяих сигналов от одной приемо-излучаюцей

ts головки к другой во взаимно-противоположных направлениях АТ: к величине расхода Q, связана с конструктивными параметрами преобразователя и скоростью звука в жидкости следую20щей зависимостью

8L

(1)

где О - диаметр трубопровода;

25

L - длина участка трубопровода мржду приемо-излучающими головками, на котором имеется движение контролируемой сре- ды, она равна приблизительно

30 расстоянию между патрубками. Для жидкостей, скорость звука в которых отличается на 10%, разность чувствительностей преобразователя с тавляет 20%. В ряде случаев такое изменение чувствительности является недопустимом. Цель изобретения - обеспечение постоянной чувствительности при измерении расхода большого класса лшд костей. Поставленная цель достигается тем, что в акустическом преобразователе расхода, соосно с трубопроводом в месте его сочленения с одним из патрубков установлена с воз можностью свободного перемещения гильза со сквозными отверстиями, причем толщина стенки гильзы не превышает одну десятую часть диаме ра трубопровода,, а ее высота опред ляется из соотношения о. о. Н Сллакс-Сммн макс ллин где Н - высота гильзы, NMiM соответственно верхняя и нижняя границы диапазона во можных значений скорости звука в контролируемой жидкости;L - расстояние между патрубками d - диаметр отверстий в гильзе при этом в трубопроводе в месте сочленения с этим же патрубком выполнена проточка, иирина которой равна Ц5- , а глубина составляет не менее одной восьмой части диаметра патрубка. На чертеже представлен преобразователь, разрез. Акустический преобразователь рас хода включает прямолинейный отрезок трубопровода 1 с внутренним диaмeтt ром D, на торцах которого установле ны две идентичные приемо-излучающие головки 2 и 3. К трубопроводу 1 приварены патрубки 4 и 5 с внутренним диаметром D/( для ввода и вывода контролируемой жидкости. . В месте сочленения патрубка 4 с трубопроводом 1 установлена гильза 6 с отверстиями 7 толщиной д и высотой Н, которая может перемей,ать ся вдоль оси трубопровода 1, скользя внешней цилиндрической поверхностью во внутренней поверхности тр бопровода 1. Для обеспечения впуска жидкости при несовпадении осей патрубка 4 и отверстий в гильзе 6 трубопровод 1 имеет в месте его сочленения с пат рубком 4 проточку шириной Н и глубиной h. Через корпус головки 4 про ходит винт 8, обеспечивающий переме щение гильзы G. Приемо-излучающие ххшовки 2 и 3 снабжены разъемами 9 и 10 для подвода и съема электрических сигналов. Для осуществления изгчерений патубки акустического преобразователя подсоединяются к трубопроводу с контролируемой жидкостью, а разъеглл - к электронному блоку расходомера. Устройство работает следующим разом. Жидкость входит через патрубок 4 в зазор, образуелфлй проточкой, оттуда через отверстия в гильзе 6 - в трубопровод 1 и выходит из акустического преобразователя через второй патрубок 5. Равенство суммарной площади отверстий в гильзе 6 площади поперечного сечения патрубка 4 и выполнение неравенства117/ (при этом площадь зазора между патрубком 4 и гильзой 6 равна площади поперечного сечения патрубка 4) обеспечивает минимальную величину потерь давления при прохождении зкидкости через гильзу 6. Электрические сигналы, поступающие с электронного блока на приемоизлучакяцие головки 2 и 3, преобразуются последними в ультразвуковые зондирующие импульсы. Импульсы проходят через жидкость в противоположных направлениях, поступают на те же головки и преобразуются в электричес кие сигналы приема. Благодаря движению жидкости задержка ультразвукового импульса в жидкости при движении от головки 4 к головке 5 меньше, чем в противоположном направлении. Сдвиг по времени между импульсами приема составляет TCJC (3) где Q - контролируемый расход; Ц - расстояние между серединой гильзы 6 и осью патрубка 5. Чувствительность преобразователя равна йТ еь Q с) Постоянство чувствительности в диапазоне Cj .. ..возможных значений скорости звука в контролируемых жидкостях обеспечивается изменением положения гильзы 6 относительно патрубка 4. Перемещение гильзы 6 производится вращением винта 8. После получения необходимого значения чувствительности положение винта 8 фиксируется. Для перекрытия всего диапазона значений скорости звука С должно выполняться равенство LfMHH Цллдис „ UppeAH e-t. c г.«-г.-г-C-iМакс WHH отсюда весь ход гильзы 6 должен составлять а. г г 1 ,1 - 5 L MOKCt AAHH 1МСЗКС 4.С макс ллииДля того, чтобы в крайних положениях гильзы 6 отверстия были полностью открыты и жидкость протекала только через эти отверстия, ширина протока должна составлять i iMMH мокс-«-С ии а высота Н гильзы 6 доляна составлят 4--lH,4|--4dгла с ffM . Величина Н, выражается через выс ту гильзы 6 Н следующим, образом H+d ход гильзы 6 (Ц с-Цмин составит , . . L (9) NlWVOKC 2 Так как средняя скорость течения жидкости в гильзе меньше, чем в остальной части трубопровода (отношение средних скоростей равно отношени квадратов внутренних диаметров гильзы и трубопровода), то для эффективного функционирования устройства толщина стенки должна быть сущест-венно меньше диаметра трубопровода 5 и составлять, например одну десятую диаметра D . Согласно формулам (7 ) и (9 ) при данном может бачъ обеспечена такая величина хода гильзы, при которой г 1 , при С,кё 1500 С „„г11бО м/с Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет обеспечить постоянство чувствительности осевого акустического преобразовани расхода при измерении расхода жидкостей широкой номенклатуры, например, большинства нефтей, нефтемасел органических масел, органических ки лот, спиртов и т.д. Формула изобретения Акустический преобразователь рас хода, содержащий прямолинейный отрезок трубопровода с двумя приемо-излучаняцими головками, установленныг/м на его торцах, и два патрубка, отличающийся тем, что, с целью обеспечения постоянной чувствительности при измерении расхода большого класса жидкостей, соосно с трубопроводом в месте его сочленения с одним из патрубков установлена с возможностью свободного перемещения гильза со сквозными отверстиями, причем толщина стенки гильзы не превышает одну десятую часть диаметра трубопровода, а ее высота определяется из соотношения г1 ,г /УЧМН ллпкг С. ллакс-Алмн где W- высота гильзы; верхняя и нижняя границы диапазона возможных значений скорости звука в контролируемой жидкости; L - расстояние между патрубками; d - диаметр отверстий в гильзе, при этом в трубопроводе в месте сочленения с этим же патрубком выполнена проточка, ширина которой равна , а глубина составляет не менее одной восьмой части диаметра пат--, рубка. Источники информсщии, принятые во внимание при экспертизе . 1.Биргер Г.И., Бражников Н.И. Ультразвуковые расходомеры, М., Металлургия, 1964, с. 31, рис. П-2. 2.Бражников Н.И. и др. Ультразвуковой прибор для контроля малых расходов гидрометаллургических жидкостей, труды ТРТИ, вып. 22, Таганрог, 1971, с. 218, рис. 3 (прототип ).