Устройство для измерения параметров потока жидкости или газа в трубопроводе

 

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат - расширение динамического диапазона. Датчик производит измерение давления, скорости потока с высокой точностью. Источники акустических сигналов установлены попарно на каждом участке трубопроводов с различными сечениями. Генераторы электрических сигналов запитывают источники акустических сигналов. Напряжение с резисторов, включенных последовательно с двумя источниками акустических сигналов, проходит через узкополосные фильтры соответствующих частот, соответствующие управляемые делители напряжений, выпрямители, фильтры низких частот на входы дифференциального усилителя, с выхода которого выходное напряжение усилителя измеряется вольтметром. 1 ил.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения параметров потока жидкости или газа в трубопроводе.

Известно устройство, предназначенное для определения скорости звука в среде с изменяющимися параметрами [1] Устройство состоит из генератора акустических сигналов и приемника отраженных акустических сигналов. Устройство определяет разностную частоту акустических сигналов, по которой делают вывод о плотности среды или ее скорости. Поскольку при изменении плотности среды в малых пределах от начального значения измеряемая величина параметра изменяется с малым динамическим диапазоном в силу замкнутости среды, то точность измерения параметров среды этим устройством также ограничена.

Известно также устройство, предназначенное для контроля параметров потока жидкости в трубопроводе [2] состоящее из двух источников акустических колебаний с двумя приемниками устройства измерения времени задержки прихода отраженных акустических сигналов. Поскольку в этом устройстве изменение времени задержки происходит в малом динамическом диапазоне, то измерение параметров среды также будет проводиться с малой точностью и поэтому не может использоваться для измерения плотности, давления, скорости потока в трубопроводе с высокой точностью.

Технический результат изобретения увеличение динамического диапазона измеряемой величины и повышение точности измерения параметров потока в трубопроводе.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее два источника акустических колебаний, соединенных с двумя генераторами электрических сигналов введены еще два источника акустических колебаний, вставка трубопровода иного сечения, два регулируемых делителя напряжения, два резистора, два узкополосных электрических фильтра, два выпрямителя, два электрических фильтра нижних частот, дифференциальный усилитель, вольтметр с соответствующими электрическими связями.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство состоит из генераторов электрических сигналов 1 и 17 соответствующих частот f₁ и f₂, источников 2,3,6 и 7 акустических колебаний, вставки 4 трубопровода сечения S₂ и трубопровода 5 сечения S₁, резисторов 8 и 18, регулируемых делителей 12 и 9 напряжения, электрических узкополосных фильтров 10 и 11, выпрямителей 13 и 14, электрических фильтров 15 и 16 низких частот, дифференциального усилителя 19, вольтметра 20.

Устройство работает следующим образом.

Источники 2 и 3 акустических сигналов частоты f₁ создают акустические волны в среде, расположенной по вставке трубопровода. Источники 6 и 7 акустических сигналов создают акустические волны в среде, расположенной в трубопроводе 5. При отсутствии движения среды в трубопроводе давление во всех сечениях одинаково, источники акустических колебаний излучают определенную мощность акустических волн. Напряжение электрического тока генераторов электрических сигналов на резисторах 8 и 18 регулируется управляемыми делителями 12 и 9 напряжения и подаются через узкополосные фильтры соответствующих частот через выпрямители и фильтры на входы дифференциального усилителя таким образом, что на выходе усилителя отсутствует электрическое напряжение. При возникновении движения среды в трубопроводе в различных частях трубопровода с разными сечениями среда будет иметь различное давление. При этом изменятся параметры излучения акустических волн от источника в среду, на резисторах соответственно изменится электрическое напряжение, электрическая схема разбалансируется и на выходе усилителя появится электрическое напряжение, соответствующее давлению в трубопроводе или скорости среды в трубопроводе.

Частоты колебаний выбирают неравными друг другу из условия помехозащищенности. Источниками акустических сигналов могут быть пьезопреобразователи или электродинамики.

Поскольку выходной сигнал в устройстве нарастает от нуля до максимального значения, вольтметр производит измерения величины, изменяющейся с большим динамическим диапазоном и, следовательно, точность измерения скорости среды в трубопроводе и изменение давления может проводиться с большей точностью.

Предлагаемое устройство может быть использовано для измерения утечек из трубопроводов при малом изменении давления в трубопроводе.

Сечения трубопроводов могут быть также равными, в этом случае устройство позволяет определять неоднородности потока в трубопроводе, в том числе потока механических частиц, или может быть использовано в качестве приемника инфразвука.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДЕ, содержащее первый и второй источники акустических колебаний, подключенные к ним соответственно два генератора электрических колебаний, предназначенный для установки в исследуемом трубопроводе отрезок трубы, на котором размещены источники акустических колебаний, и электронный измерительный блок, отличающееся тем, что оно снабжено третьим и четвертым источниками акустических колебаний, подключенными параллельно соответственно первому и второму источникам акустических колебаний, и двумя регулируемыми делителями напряжения, каждое из которых включено последовательно с соостветствующим генератором электрических колебаний, электронный измерительный блок выполнен из последовательно соединенных дифференциального усилителя и вольтметра и двух цепей из последовательно соединенных узкополосного фильтра, вход которого подключен к выходу соответствующего регулируемого делителя напряжения, выпрямителя и фильтра нижних частот, выход которого связан с соответствующим входом дифференциального усилителя, отрезок трубы выполнен в средней части с большим диаметром, третий источник акустических колебаний установлен на отрезке трубы в части ее большего диаметра напротив первого источника акустических сигналов, а четвертый источник акустических колебаний установлен на отрезке трубы в части ее меньшего диаметра напротив второго источника акустических колебаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1