Способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра и устройство для его реализации

 

В трубопроводе с помощью шлюзовой камеры монтируют линии полного Рx и статического Po давления. В измерительной трубке, соединяющей линии Рx и Po, на базовом расстоянии друг от друга устанавливают три ультразвуковых преобразователя, первый из которых работает в режиме излучения, а второй и третий - в режиме приема. В состав электронного блока устройства, реализующего предложенный способ, входят: схема запуска, схема формирования информационных сигналов, период следования которых пропорционален значению максимальной скорости потока в трубопроводе, в которую включены генератор импульсов, усилитель-формирователь, восемь электронных ключей и шесть диодов, схема формирования последовательности стандартных импульсов, включающая триггер и ждущий мультивибратор, и схема считывания с тремя счетчиками. По результатам считывания вторым счетчиком последовательности стандартных импульсов ждущего мультивибратора в каждом цикле измерения определяют мгновенный расход воды, а по суммарному количеству стандартных импульсов, считанных третьим счетчиком за время предыдущих циклов,- суммарный расход. Изобретение позволяет повысить точность определения расхода за счет повышения разрешающей способности. 2 c.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода.

Известны способы определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия потока в угловое смещение области блокирования [1].

Устройства для реализации известных способов содержат датчик скорости типа вертушки и вторичный прибор в виде электронного потенциометра, милливольтметра или частотомера.

Недостатками известных способов являются наличие в потоке постоянно движущихся частей датчика скорости и необходимость вследствие этого иметь относительно сложную систему их смазки.

Известен способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области и преобразования механического воздействия потока в линейное смещение области блокирования [2].

Устройство для реализации известного способа содержит исполнительный узел, установленный на несущей трубе с обеспечением возвратно-поступательного смещения вдоль потока воды в трубопроводе, электромеханический блок, связанный с исполнительным узлом посредством контактной системы, и электронный блок в составе генератора стандартных импульсов, схемы формирования последовательности стандартных импульсов, схемы формирования информационных сигналов, схемы формирования кратковременных импульсов, схемы учета первого информационного импульса, схемы считывания и считчика циклов измерения.

Недостатком известного способа и устройства для его реализации является зависимость разрешающей способности от количества поддиапазонов, на которые разбивается диапазон скоростей потока, ограниченный значением максимальной скорости и рекомендуемый для данного диаметра трубопровода при его использовании в качестве внешней сети водопровода.

Задача изобретения - повышение разрешающей способности.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области, задают область продольного сечения потока, отводят поток из области его частичного блокирования в поперечном сечении в область продольного сечения, в направлении, противоположном направлению частично отведенного потока, на базовом расстоянии друг от друга задают первую, вторую и третью базовые плоскости, в начале первого и последующих циклов измерения, выполняемых через равные интервалы времени, из второй базовой плоскости в направлении первой и третьей базовых плоскостей производят излучение зондирующего импульса, в моменты второй и каждой очередной четной регистрации зондирующего импульса в первой базовой плоскости, а также в моменты первой и каждой очередной нечетной регистрации зондирующего импульса в третьей базовой плоскости производят переизлучение зондирующего импульса из второй базовой плоскости, формируют последовательность стандартных импульсов, период следования которых предварительно корректируют в зависимости от длительности интервала времени между моментом первой регистрации зондирующего импульса в первой базовой плоскости и моментом первой регистрации зондирующего импульса в третьей базовой плоскости, считывают стандартные импульсы, сформированные в интервале времени, необходимом для проведения заданного количества четных регистраций зондирующего импульса в третьей базовой плоскости и по результатам считывания судят о мгновенном расходе, а по суммарному количеству стандартных импульсов, считанных за время проведения предыдущих циклов измерения, судят о суммарном расходе.

Относительно устройства для реализации способа определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра, содержащего исполнительный узел и электронный блок в составе схемы формирования информационных сигналов, схемы формирования последовательности стандартных импульсов, и схемы считывания, исполнительный узел выполнен в виде измерительной трубки, соединяющей линию полного давления с линией статического давления воды в трубопроводе, первого ультразвукового преобразователя, установленного на стенках измерительной трубки, второго ультразвукового преобразователя, установленного на стенках измерительной трубки между линией статического давления и первым ультразвуковым преобразователем и размещенным на базовом расстоянии от последнего, и третьего ультразвукового преобразователя, установленного на стенках измерительной трубки между линией полного давления и первым ультразвуковым преобразователем и размещенным на базовом расстоянии от последнего, а в электронный блок включена схема запуска, в состав схемы формирования информационных сигналов электронного блока включены генератор импульсов, усилитель-формирователь, восемь электронных ключей и шесть диодов, в состав схемы формирования последовательности стандартных импульсов включены триггер и ждущий мультивибратор, а в состав схемы считывания - три счетчика, при этом к выходу генератора импульсов подключен первый ультразвуковой преобразователь, вход усилителя-формирователя соединен со вторым и третьим ультразвуковыми преобразователями, а к выходу подключен вход первого электронного ключа, входы электронных ключей со второго по седьмой включительно подключены к выходу первого электронного ключа, отпирающие входы первого, второго и восьмого электронных ключей соединены со входом сброса показаний второго счетчика и подключены к первому выходу схемы запуска, запирающий вход первого электронного ключа и второй установочный вход ждущего мультивибратора подключены к выходу первого счетчика, запирающий вход второго электронного ключа, отпирающий вход третьего электронного ключа и первый установочный вход триггера подключены к выходу второго электронного ключа, запирающий вход третьего электронного ключа, запирающий вход восьмого электронного колюча и второй установочный вход триггера подключены к выходу восьмого электронного ключа, первый установочный вход ждущего мультивибратора через первый диод соединен со вторым установочным входом триггера, через второй диод - с отпирающим входом четвертого электронного ключа и подключен к выходу третьего электронного ключа, запирающий вход четвертого электронного ключа и отпирающий вход пятого электронного ключа подключены к выходу четвертого электронного ключа, запирающий вход пятого электронного ключа и отпирающий вход шестого электронного ключа подключены к выходу пятого электронного ключа, запирающий вход шестого электронного ключа и отпирающий вход седьмого электронного ключа подключены к выходу шестого электронного ключа, запирающий вход седьмого электронного ключа и отпирающий вход четвертого электронного ключа подключены к выходу седьмого электронного ключа, вход восьмого электронного ключа подключен ко второму выходу схемы запуска, вход первого счетчика через четвертый диод подключен к выходу седьмого электронного ключа, вход генератора импульсов через третий диод подключен к выходу четвертого электронного ключа, через пятый диод - к первому выходу схемы запаска, а через шестой диод соединен со входом первого счетчика, управляющий вход ждущего мультивибратора подключен к выходу триггера, а входы второго и третьего счетчиков подключены к выходу ждущего мультивибратора.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема его электронного блока; на фиг. 3 приведены временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства.

Устройство для реализации способа монтируется на трубопроводе 1 посредством седелки 2, задвижки 3 и шлюзовой камеры 4 с сальником. Оно содержит линию 5 полного давления Px, линию 6 статического давления P0, исполнительный узел в составе измерительной трубки 1 и трех ультразвуковых преобразователей 8-10, и электронный блок 11 (фиг. 1).

Электронный блок включает в себя схему формирования информационных сигналов в составе генератора 12 импульсов, усилителя-формирователя 13, восьми электронных ключей 14-21 и шести диодов 22-27, схему формирования последовательности стандартных импульсов в составе триггера 28 и ждущего мультивибратора 29, схему считывания в составе первого, второго и третьего счетчиков 30-32 и схему 33 запуска (фиг.2).

Способ заключается в следующем.

В основу предлагаемого способа определения мгновенного и суммарного расхода заложен принцип измерения максимальной скорости потока по величине скоростного напора (Px - P0) в заданной области поперечного сечения трубопровода 1 при частичном блокировании потока воды в этой области посредством линии 5 полного давления Px, изогнутой в направлении, противоположном направлению потока. При этом линией 6 статического давления P0 задают область продольного сечения потока, которую измерительной трубкой 7 соединяют с линией 5 (фиг. 1).

Благодаря наличию заслонки 3 и шлюзовой камеры 4, установленных на седелке 2, линии 5-6 исполнительного узла монтируются в трубопровод 1 без перерыва подачи воды.

В направлении, противоположном направлению частично отведенного потока в измерительной трубке 7 и на базовом расстоянии L0 друг от друга, задают первую, вторую и третью базовые плоскости A, B и C. С плоскостью B совмещают рабочую плоскость работающего в режиме излучения первого ультразвукового преобразователя 8, с плоскостью A и с плоскостью C - рабочие плоскости работающих в режиме приема соответственно второго и третьего ультразвуковых преобразователей 9 и 10.

В начале первого и каждого последующего циклов измерения, которые выполняют через равные интервалы времени Tt, электрический импульс 34 с первого выхода схемы запуска 33 через пятый диод 26 поступает на вход генератора 12 импульсов. Срабатывая, генератор 12 возбуждает первый преобразователь 8. В результате, во второй базовой плоскости B сформируется зондирующий импульс 35, который в виде сигналов J1 и J2 излучают в направлении соответственно первой и третьей базовых плоскостей A и C (фиг.1 и 2).

Кроме того, электрический импульс 34 отпирает первый, второй и восьмой электронные ключи, а также сбрасывает показания второго счетчика 3i.

Зондирующий импульс 35, излученный в направлении первой базовой плоскости A (сигнал J1), проходит вдоль потока в измерительной трубке 1 расстояние L0, и, спустя время T1 после излучения, равное разности значений T0 и tx (где T0 - время, необходимое для прохождения сигналами J1 и J2 расстояния L0 при отсутствии потока в трубопроводе 1, а tx - интервал времени по длительности, пропорциональный скорости потока) достигает плоскость A в виде акустического сигнала 43, преобразуется вторым преобразователем 9 в электрический и поступает на вход усилителя-формирователя 13.

Соответствующий сигналу 43 электрический импульс 57 с выхода усилителя 13 проходит открытые импульсом 34 первый и второй электронные ключи 14-15, запирает за собой ключ 15, отпирает третий электронный ключ 16 и поступает на первый установочный вход триггера 28. Триггер 28 приступает к формированию строба 71.

Зондирующий импульс 35, излученный в направлении третьей базовой плоскости C (сигнал 32), проходит против потока расстояние L0, и, спустя время T2 после излучения, равное сумме значений T0 и tx, достигает плоскость C в виде акустического сигнала 50, преобразуется третьим преобразователем 10 в электрический и поступает на вход усилителя-формирователя 13.

Соответствующий сигналу 50 электрический импульс 58, формируемый усилителем 13, проходит электронные ключи 14 и 16, и через первый диод 22 запирает за собой ключ 16, запирает восьмой электронный ключ 21 и поступает на второй установочный вход триггера 28. Триггер 28 прекращает формирование строба 71 длительностью 2Tx, который, воздействия на управляющий вход ждущего мультивибратора 29, производит корректировку периода следования стандартных импульсов последовательности 72. Кроме того, электрический импульс 58 поступает на первый установочный вход ждущего мультивибратора 29, а через второй диод 23 отпирает четвертый электронный ключ 17. На вход второго и третьего счетчиков 31-32 начинает поступать последовательность 72 стандартных импульсов ждущего мультивибратора 29.

Электрический импульс 58 через второй и четвертый диоды 23 и 25 поступает также на вход первого счетчика 30, а через шестой диод 26 - на вход генератора 12 импульсов, посылающего очередной электрический импульс на первый преобразователь 8. Возбуждаясь, преобразователь 8 в виде акустического сигнала 36 производит первое переизлучение зондирующего импульса 35.

Спустя время T1 после момента излучения акустического сигнала 36 (38,40) из второй базовой плоскости B в первой базовой плоскости A производят вторую регистрацию зондирующего импульса в виде акустического сигнала 44 (46,48). Соответствующий сигналу 44 (46,48) электрический импульс 59 (63,67), формируемый усилителем 13, проходит первый и четвертый электронные ключи 14 и 17, запирает за собой ключ 17, отпирает пятый электронный ключ 18 и через третий диод 24 поступает на вход генератора 12 импульсов, производящего посредством преобразователя 8 очередное переизлучение зондирующего импульса 35 в виде акустического сигнала 37 (39,41).

Акустический сигнал 36, излученный в направлении третьей базовой плоскости C, регистрируется преобразователем 10 в виде сигнала 51 (53,55). Соответствующий сигналу 51 (53,55) электрический импульс 60 (64,68) с выхода усилителя 13 поступает на вход пятого электронного ключа 18, запирает его за собой и отпирает шестой электронный ключ 19.

Акустический сигнал 37 (39,41), излученный в направлении первой базовой плоскости A, регистрируется преобразователем 9 в виде сигнала 45 (47, 49). Соответствующий сигналу 45 (47, 49) электрический импульс 61 (65, 69) с выхода усилителя 13 поступает на вход шестого электронного ключа 19, запирает его за собой и отпирает седьмой электронный ключ 20.

Акустический сигнал 37 (39, 41), излученный в направлении третьей базовой плоскости C, регистрируется преобразователем 10 в виде сигнала 52 (54, 56). Соответствующий сигналу 52 (54, 56) электрический импульс 62 (66, 70) с выхода усилителя 13 поступает на вход шестого электронного ключа 19, запирает его за собой, отпирает четвертый электронный ключ 17 и через четвертый диод 25 поступает на вход первого счетчика 30, а через четвертый и шестой диоды 25 и 27 - на вход генератора 12 импульсов.

Первый счетчик 30 предназначен для считывания заданного количества нечетных регистраций зондирующего импульса в третьей базовой плоскости C, производимых через равные интервалы времени 2T0. При превышении емкости N счетчика 30 импульс 73 переполнения с его выхода поступает на запирающий вход первого электронного ключа 14 и на второй установочный вход ждущего мультивибратора 29. Первый (очередной ) цикл измерения заканчивается. При этом о мгновенном расходе судят по результатам считывания вторым счетчиком 31 стандартных импульсов последовательности 72, а по суммарному количеству стандартных импульсов, считанных третьим счетчиком 32 за время проведения предыдущих циклов измерения, судят о суммарном расходе.

Если при проведении очередного (второго на фиг.3) цикла измерения значения полного и статического давлений Px и P0 контролируемой среды в трубопроводе 1 равны (поток отсутствует), то зондирующей импульс 35 в виде акустических сигналов 43 и 50 достигнет первую и третью базовые плоскости A и C одновременно спустя время То после его излучения из второй базовой плоскости B. Соответствующий сигналам 43 и 50 электрический импульс 57 (58) через открытые импульсом 34 схемы запуска 33, первый и второй электронные ключи 14-15 запирает за собой ключ 15, отпирает третий электронный ключ 16 и поступает на первый установочный вход триггера 28, приступающего к формированию строба 71 длительностью T4.

При одновременной регистрации акустических сигналов 31 и 32 (43 и 50) восьмой электронный ключ 21, подключенный ко второму выходу схемы запуска 33, находится в открытом импульсом 34 состоянии. Спустя время T3 на втором выходе схемы 33 формируют электрический импульс 74, который проходит ключ 21, запирает его за собой и возвращает в исходное состояние третий электронный ключ 16 и останавливает работу триггера 28.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ позволяет определять мгновенный и суммарный расходы воды в трубопроводах большого диаметра не по номеру поддиапазона скоростей потока, рекомендуемых для выбранного диаметра магистрального трубопровода, а по количеству стандартных импульсов, период следования которых пропорционален значению скорости потока в трубопроводе, что позволяет повысить разрешающую способность.

Источники информации 1. Лобачев П.В., Шевелев Ф.А. Водомеры для водопроводов и канализации. -М.: изд-во литературы по строительству, 1964, с.267 - 276.

2. Патент РФ N 2084830, кл. G 01 F 1/38, 20.07.97 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра путем периодического измерения скорости потока в заданной области его поперечного сечения при частичном блокировании потока этой области, отличающийся тем, что задают область продольного сечения потока, отводят поток из области его частичного блокирования в поперечном сечении в область продольного сечения, в направлении, противоположном направлению частично отведенного потока на базовом расстоянии друг от друга задают первую, вторую и третью базовые плоскости, в начале первого и последующих циклов измерения, выполняемых через равные интервалы времени, из второй базовой плоскости в направлении первой и третьей базовых плоскостей производят излучение зондирующего импульса, в моменты второй и каждой очередной четной регистрации зондирующего импульса в первой базовой плоскости, а также в моменты первой и каждой очередной нечетной регистрации зондирующего импульса в третьей базовой плоскости производят переизлучение зондирующего импульса из второй базовой плоскости, формируют последовательность стандартных импульсов, период следования которых предварительно корректируют в зависимости от длительности интервала времени между моментом первой регистрации зондирующего импульса в первой базовой плоскости и моментом первой регистрации зондирующего импульса в третьей базовой плоскости, считывают стандартные импульсы, сформированные в интервале времени, необходимом для проведения заданного количества нечетных регистраций зондирующего импульса в третьей базовой плоскости, и по результатам считывания судят о мгновенном расходе, а по суммарному количеству стандартных импульсов, считанных за время проведения предыдущих циклов измерения, судят о суммарном расходе.

2. Устройство для реализации способа определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра, содержащее исполнительный узел и электронный блок в составе схемы формирования информационных сигналов, схемы формирования последовательности стандартных импульсов и схемы считывания, отличающееся тем, что исполнительный узел выполнен в виде измерительной трубки, соединяющей линию полного давления с линией статического давления воды в трубопроводе, первого ультразвукового преобразователя, установленного на стенках измерительной трубки, второго ультразвукового преобразователя, установленного на стенках измерительной трубки между линией статического давления и первым ультразвуковым преобразователем, и размещенного на базовом расстоянии от последнего, и третьего ультразвукового преобразователя, установленного на стенках измерительной трубки между линией полного давления и первым ультразвуковым преобразователем, и размещенного на базовом расстоянии от последнего, а в электронный блок включена схема запуска, в состав схемы формирования информационных сигналов электронного блока включены генератор импульсов, усилитель-формирователь, восемь электронных ключей и шесть диодов, в состав схемы формирования последовательности стандартных импульсов включены триггер и ждущий мультивибратор, а в состав схемы считывания - три счетчика, при этом к выходу генератора импульсов подключен первый ультразвуковой преобразователь, вход усилителя-формирователя соединен со вторым и третьим ультразвуковыми преобразователями, а к выходу подключен вход первого электронного ключа, входы электронных ключей со второго по седьмой включительно подключены к выходу первого электронного ключа, отпирающие входы первого, второго и восьмого электронных ключей соединены со входом сброса показаний второго счетчика и подключены к первому выходу схемы запуска, запирающий вход первого электронного ключа и второй установочный вход ждущего мультивибратора подключены к выходу первого счетчика, запирающий вход второго электронного ключа, отпирающий вход третьего электронного ключа и первый установочный вход триггера подключены к выходу второго электронного ключа, запирающий вход третьего электронного ключа, запирающий вход восьмого электронного ключа и второй установочный вход триггера подключены к выходу восьмого электронного ключа, первый установочный вход ждущего мультивибратора через первый диод соединен со вторым установочным входом триггера, через второй диод - с отпирающим входом четвертого электронного ключа и подключен к выходу третьего электронного ключа, запирающий вход четвертого электронного ключа и отпирающий вход пятого электронного ключа подключены к выходу четвертого электронного ключа, запирающий вод пятого электронного ключа и отпирающий вход шестого электронного ключа подключены к выходу пятого электронного ключа, запирающий вход шестого электронного ключа и отпирающий вход седьмого электронного ключа подключены к выходу шестого электронного ключа, запирающий вход седьмого электронного ключа и отпирающий вход четвертого электронного ключа подключены к выходу седьмого электронного ключа, вход восьмого электронного ключа подключен ко второму выходу схемы запуска, вход первого счетчика через четвертый диод подключен к выходу седьмого электронного ключа, вход генератора импульсов через третий диод подключен к выходу четвертого электронного ключа, через пятый диод - к первому выходу схемы запуска, а через шестой диод соединен со входом первого счетчика, управляющий вход ждущего мультивибратора подключен к выходу триггера, а вход второго и вход третьего счетчиков подключены к выходу ждущего мультивибратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в химической, нефтехимической и других областях промышленности, а также в системах тепло- и водоснабжения для точного измерения расхода текучей среды, преимущественно жидкости, протекающей в трубопроводах

Изобретение относится к области измерения расхода и может быть использовано для измерения расхода газообразных и жидких веществ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отраслях народного хозяйства для коммерческого учета расхода и объема нефтепродуктов и других жидкостей

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерительным приборам, выполняющим измерение расхода жидкости с помощью ультразвука

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в городских и промышленных системах водоснабжения для учета производительности и установления рациональных режимов работы насосных станций, водоводов и других сооружений водопровода

Изобретение относится к измерению расхода методом переменного перепада давления

Изобретение относится к устройствам измерения расхода с обводным каналом

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения уровня и расхода жидкости

Изобретение относится к расходометрии и позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость расходомеров жидкости или газа

Способ определения расхода воды в трубопроводах большого диаметра и устройство для его реализации

Наверх