RU1806329C - Ultrasonic volume liquid flowmeter - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительной технике дл  измерени  объемного расхода. Сущность изобретени : устройство содержит тангенциально установленную в корпусе турбину с модул тором ультразвукового луча , излучатель и приемник ультразвука, установленные на выступающей камере корпуса под углом к оси вращени  турбины и св занные с генератором и счетчиком импульсов . 1 ил.Usage: in measuring technique for measuring volumetric flow. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a turbine tangentially mounted in the housing with an ultrasonic beam modulator, an emitter and an ultrasound receiver mounted on a protruding chamber of the housing at an angle to the axis of rotation of the turbine and connected to a generator and a pulse counter. 1 ill.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам измерени  объемных расходов жидкости, использующих эффекты акустических колебаний , и может быть применено при конструировании ультразвуковых расходомеров дл  увеличени  точности измерений и упрощени  измерительных средств.The invention relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring the volumetric flow rate of a liquid using the effects of acoustic vibrations, and can be used in the design of ultrasonic flow meters to increase the accuracy of measurements and simplify measuring means.

Задачей за вл емого изобретени   вл етс  создание ультразвукового расходомера , способного измер ть объемный расход сред с любой оптической плотностью с точностью турбинных расходомеров, но простыми измерительными средствами.The object of the invention is to provide an ultrasonic flow meter capable of measuring the volumetric flow rate of media with any optical density with the accuracy of turbine flow meters, but with simple measuring means.

Достигаемым техническим результатом за вл емого изобретени   вл етс  повышение точности измерени  объемного расхода жидкости.An achievable technical result of the claimed invention is to increase the accuracy of measuring the volumetric flow rate of a liquid.

За вл емый ультразвуковой измеритель объемного расхода жидкости изображен на представленном чертеже.The claimed ultrasonic liquid volumetric flow meter is shown in the drawing.

Устройство содержит корпус 1, в котором установлена тангенциальна  турбинка 2 с устройством модул ции в виде лопаток 3, имеющих на концах отражающие поверхности 4, генератор 5 дл  возбуждени  акустических колебаний, излучатель 6 дл  излучени  акустических колебаний в поток, приемник 7 дл  приема и преобразовани  акустических колебаний в электрический сигнал, усилитель-формирователь 8 дл  усилени  сигнала и формировани  импульсов пр моугольной формы, измеритель 9 дл  измерени  объемного расхода.The device comprises a housing 1, in which a tangential turbine 2 is installed with a modulation device in the form of blades 3, having reflective surfaces 4 at the ends, a generator 5 for generating acoustic vibrations, an emitter 6 for emitting acoustic vibrations into the stream, a receiver 7 for receiving and converting acoustic oscillations into an electric signal, an amplifier-driver 8 for amplifying the signal and forming pulses of a rectangular shape, a meter 9 for measuring volumetric flow.

Излучатель 6 установлен на корпусе 1 так, что излучаемый акустический луч перпендикул рен к оси потока и падает на отражающую поверхность 4, котора  наклонена на 30° к оси потока.Приемник 7 установлен в зоне падени  отраженного акустического луча на корпусе 1.The emitter 6 is mounted on the housing 1 so that the emitted acoustic beam is perpendicular to the flow axis and falls on the reflecting surface 4, which is inclined 30 ° to the flow axis. The receiver 7 is installed in the incident zone of the reflected acoustic beam on the housing 1.

Корпус 1 устройства выполнен с выступающей наружу камерой, в верхней части которой установлен излучатель 6, а на боковой стенке установлен приемник 7, причем бокова  стенка выполнена под углом к оси излучател  6, обеспечивающим вход отраженного сигнала на приемник 7 под пр мым углом. .The device body 1 is made with a protruding outward chamber, in the upper part of which a radiator 6 is installed, and a receiver 7 is installed on the side wall, the side wall being made at an angle to the axis of the emitter 6, which provides an input of the reflected signal to the receiver 7 at a right angle. .

0000

оabout

оabout

GJ К)GJ K)

юYu

WW

Генератор 5 соединен с излучателем 6, а выход приемника 7 соединен с усилителем формирователем 8, выход которого ho- Йае.тс  на вход измерител  9. Ось турбинкй 2 смещена в сторону камеры корпуса 1.The generator 5 is connected to the emitter 6, and the output of the receiver 7 is connected to the amplifier by the shaper 8, the output of which is ho-Ya. Tc to the input of the meter 9. The axis of the turbine 2 is biased towards the camera body 1.

.В качестве излучател  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 составл ют в нашем случае 5 х 10 мм. В качестве усипител  8 использовалс  стандартный усилитель, обеспечивающий стандартный выход. Количество импульсов подсчитывалось стандартным 12-разр дным счетчиком, а расход определ лс  по таблице, или по индикатору измерител  9.. Piezoelectric elements from lead titanate 1 mm thick and 10 mm in diameter with an operating frequency of 2.25 MHz were used as emitter b and receiver 7. The dimensions of the reflecting surface 4 in our case are 5 x 10 mm. As amplifier 8, a standard amplifier was used to provide a standard output. The number of pulses was calculated by a standard 12-bit counter, and the flow rate was determined from the table, or from the meter indicator 9.

За вл емый ультразвуковой измеритель объемного расхода жидкости работает следующим образом.The inventive ultrasonic liquid volumetric flow meter operates as follows.

При прохождении жидкости через корпус 7 происходит вращение турбинкй 2 и при совмещении отражающей поверхности 4 устройства модул ции с акустическим сигналом от излучател  6 осуществл етс  его отражение на приемник 7. При других положени х турбинкй 2 акустический сигнал не попадает на приемник 7, пока под излучатель б снова не подойдет следующа  отражающа  покерхность 4. Таким образом, акустический сигнал модулируетс  прерыванием пропорционально частоте вращени  турбинкй 2, котора  в свою очер едь пропорциональна скорости потока, т.е. объемному расходу. Следовательно, частота следоэани  электрических сигналов с приемника 7 пропорциональна объемному расходу . Электрический сигнал с выхода приемника 7 через усилитель-формирователь 8 передаетс  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 измерител  9, име  данные счетчика, объемный оасход можно определить по имеющимс  таблицам.When liquid passes through the housing 7, the turbine 2 rotates and when the reflecting surface 4 of the modulation device is combined with the acoustic signal from the emitter 6, it is reflected to the receiver 7. At other positions of the turbine 2, the acoustic signal does not reach the receiver 7, until under the emitter b, the next reflecting surface 4 does not fit again. Thus, the acoustic signal is modulated by interruption in proportion to the rotational speed of the turbine 2, which in its turn is proportional to the flow velocity, i.e. volumetric flow rate. Therefore, the trace frequency of the electrical signals from the receiver 7 is proportional to the volumetric flow rate. The electrical signal from the output of the receiver 7 through the amplifier-shaper 8 is transmitted to the meter 9, where the pulses are counted and the volumetric flow rate of the liquid is calculated with its direct display on the indicator depending on the measurement range in l / s or m3 / s. In a simpler version of meter 9, having counter data, volumetric waste can be determined from the available tables.

Повышение точности измерени  объ сн етс  следующим образом.The improvement in measurement accuracy is explained as follows.

Известно, что ультразвуковой луч реагирует на скорость потока, усредненную по диаметру-VA, котора  всегда больше усредненной скорости по площади сечени  тру5It is known that an ultrasonic beam responds to a flow velocity averaged over the diameter-VA, which is always greater than the average velocity over the cross-sectional area of the pipe5

00

бопровода-Vc. Обычно дл  определени  vc, по которой определ ют объемный р асход; пользуютс  выражением Bead-Vc. Typically, to determine vc, by which the volumetric flow rate is determined; use the expression

; vc k Уд,; vc k beats,

где k 1 - поправочный коэффициент, который измен етс  при переходе от ламинарного движени  жидкости к турбулентному и обратно. Обычно этот поправочный коэффициент трудно учитывать при измерении рас- хода в широком диапазоне, т.к. он может колебатьс  от 0,75 до 0.95, что и снижает точность измерейи  в прототипе.where k 1 is a correction factor that changes with the transition from the laminar motion of the fluid to turbulent and vice versa. Typically, this correction factor is difficult to consider when measuring flow over a wide range, because it can range from 0.75 to 0.95, which reduces the accuracy of the measurement in the prototype.

За вл емое устройство имеет высокую точность измерени , т.к. измерени  осуществл ютс  при посто нном.турбулентном движении жидкости в зоне взаимодействи  с акустическими сигналами, благодар  конструкции корпуса и компановки элементов устройства в нем.The inventive device has a high measurement accuracy, because Measurements are carried out with constant fluid turbulent movement in the zone of interaction with acoustic signals, due to the design of the housing and the arrangement of the elements of the device in it.

Например, при увеличении числа Re от 4 103 на три пор дка, поправочный коэффициент k в нашем случае измен етс  толь- 5 . ко на 3%, При диаметре условного прохода 40 мм измер лс  расход воды в.диапазоне от 0,2 до 12 л/с. Погрешность за вл емого расходомера во всем диапазоне не превышала ± 0,2%, а у серийных ультразвуковых расходомерах она колеблетс  от 0,5 до 2,5%. Отсюда можно сделать вывод о достижении указанного технического результата за вл емым изобретением.For example, when the Re number increases from 4,103 by three orders of magnitude, the correction coefficient k in our case changes only 5. to 3%, With a nominal diameter of 40 mm, water flow was measured in the range from 0.2 to 12 l / s. The error of the claimed flowmeter in the entire range did not exceed ± 0.2%, and for serial ultrasonic flow meters it varies from 0.5 to 2.5%. From this we can conclude that the specified technical result of the claimed invention has been achieved.

Claims (1)

Формула изобретени The claims Ультразвуковой измеритель объемногЬ расхода жидкости, содержащий корпус, тур- бинку с устройством модул ции, излучатель и приемник ультразвукового сигнала, св занные с генератором и счетчиком импульсов соответственно, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , корпус выполнен с выступающей камерой , в верхней части которой установлен излучатель ультразвукового сигнала, тур- бинка с устройством модул ции установлена в корпусе тангенциально, при этом ось вращени  турбинкй перпендикул рна оси излучател  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 излучател .An ultrasonic liquid volumetric flow meter comprising a housing, a turbine with a modulation device, an emitter and an ultrasonic signal receiver coupled to a generator and a pulse counter, respectively, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, the housing is made with a protruding chamber, the upper part of which an ultrasonic signal emitter is installed, a turbine with a modulation device is installed tangentially in the casing, while the axis of rotation of the turbine is perpendicular to the axis of the ultrasonic emitter and the second signal is shifted relative to the housing axis toward the projecting chamber, and the ultrasonic signal receiver is mounted on a side wall protruding camera angle v emitter axis. 00 55 00 55 00