Акустический преобразователь расхода

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»!)966495 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 09.01. 81 (21) 3271904/18-10

Р1 М К з с присоединением заявки N9

G 01 F 1/66

Государственный комитет

СССР но делам зобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.10. 82. Бюллетень Но 38

Дата опубликования описания 15. 10. 82 (ФЗБН УДК 681. 121 (088.8) В.A.×åðíûàåâ, А.Г.Годнев, В.С.Курулев и A.A» Свицин (72) Авторы изобретения

». (71) Заявитель (54).АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано. в различных отраслях народ- ного хозяйства при измерении рас- . хода.

Известен акустический преобразователь расхода, включакщий две приемо-излучающие головки, установленные на противоположных сторонах трубопровода и сдвинутые друг относительно друга на некоторое рас- стояние вдоль оси трубопровода.

В таком преобразователе ультразвуковые волны распространяются в контролируемой жидкости под .углои к направлению скорости потока }.1).

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

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь расхода, содержащий прямолинейный отрезок трубопровода с двумя приемо-излучающими го- ловками, установленными на его тор-. цах, и два патрубка для ввода и вывода контролируемой жидкости (2).

Недостатком такого .преобразователя расхода является зависимость чувствительности от скорости звука в контролируемой жидкости, Действительно, чувствительность акустического преобразования расхода, которая определяется как отношение разности времен прохождения зондирующих сигналов от одной приемо-излучающей головки к другой во взаимно-противоположных направлениях h5 к величине расхода (} связана с конструктивными параметрами преобразователя и скоростью звука в жидкости следующей зависимостью

Г

АГ 8L

%0 С (i ) где 0 - диаметр трубопровода;

1. — длина участка трубопровода между приемо-излучающими головками, на котором имеется движение контролируемой сре ды, она равна приблизительно

ЗО расстоянию между патрубками, 966495

Для жидкостей, скорость звука в которых отличается на 10%, разность чувствительностей преобразователя составляет 20Ъ. 8 ряде случаев такое изменение чувствительности является недопустимым.

Цель изобретения — обеспечение постоянной чувствительности при измерении расхода большого класса жидкостей.

Поставленная цель достигается 10 тем, что в акустическом преобразователе расхода, соосно с трубопроводом в месте его сочленения с одним иэ патрубков установлена с возможностью свободного перемещения 15 гильза со сквозными отверстиями, причем толщина стенки гильзы не превышает одну десятую часть диаметра трубопровода„ à ее высота определяется из соотношения 20 2 2= 4 Cркккс:рссс мин +

С"- + C макс+ мчн

Для обеспечения впуска жидкости при несовпадении осей патрубка 4 и отверстий в гильзе б трубопровод 1 имеет в месте его сочленения с патрубком 4 проточку шириной Н„ и глубиной h. Через корпус головки 4 проходит винт 8, обеспечивающий перемещение гильзы 6. Приемо-излучающие головки 2 и 3 снабжены разъемами 9

65 где Н - высота гильзы, с,р

25 соответственно верхняя и мин нижняя границы диапазона возможных значений скорости звука в контролируемой жидкости 30 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 патрубка .

На чертеже представлен преобразователь, разрез. 40

Акустический преобразователь расхода включает прямолинейный отрезок трубопровода 1 с внутренним диамет ром О, на торцах которого установлены две идентичные приемо-излучающие головки 2 и 3. К трубопроводу 1 приварены патрубки 4 и 5 с внутренним диаметром 0.с для ввода и вывода контролируемой жидкости.

В месте сочленения патрубка 4 с трубопроводом 1 установлена ги- 50 льэа 6 с отверстиями 7 толщиной д и высотой Н, которая может перемещаться вдоль оси трубопровода 1, скользя внешней цилиндрической поверхностью во внутренней поверхности тру- 55 бопровода 1. и 10 для подвода и съема электрических сигналов.

Для осуществления измерений патрубки акустического преобразователя подсоединяются к трубопроводу с контролируемой жидкостью,. а раэъеw — к электронному блоку расходомера.

Устройство работает следующим об". разом.

Жидкость входит через патрубок 4 в зазор, образуемый проточкой, оттуда через отверстия в гильзе б — 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 неравенстваМу (при этом площадь зазора между патрубком 4 и гильзой 6 равна площади поперечного сечения патрубка 4) обеспечивает минимальную величину потерь давления при прохождении жидкости через гильзу 6. Электрические сигналы, поступающие с электронного блока на приемоизлучающие 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. Влагодаря 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

8 рО 1 д * ) (3) где 0 - контролируемый расход;

- расстояние между серединой

4 гильзы 6 и осью патрубка 5.

Чувствительность преобразователя равна д 941 сс ВЭ С (4)

Постоянство чувствительности в диапазоне С ...С „ возможных знамим макс чений скорости звуйа в контролируеьых 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 — l5 ) се с с ск. с елНН моек кредо мокс ми

Отсюда весь ход гильзы б должен составлять 1

2 макс Смим

1мокс мам ъ + макс+C мин

966495

1, Для того, чтобы в крайних положениях гильзы 6 отверстия были полностью открыты и жидкость протекала только через эти отверстия, ширина протока должна составлять

1. 3C м c смии мокс+С"мин а высота Н гильзы 6 долина составлять

С М1УС+ < ЛЧ Н

Величина Н, выражается через высоту гильзы 6 Н следующим образом

Н (8)

Ход гильзы 6 (L< «-(„„„„,) составит

Н- 4 (9)

qмоке 1 мин

Так как средняя скорость течения жидкости в гильзе меньше, чем в остальной части трубопровода (отношение средних скоростей равно отношению квадратов внутренних диаметров гильзы и трубопровода ), то для эффективного функционирования устройства толщина стенки Ь должна быть сущест- венно меньше диаметра трубопровода

Э и составлять, например одну десятую диаметра Э .

Согласно формулам (7 ) и (9 ) при данном См„может быть обеспечена такая величина хода гильзы, ПРи котоРой С р к 1ф Смнн 1 ° 3 (; мнн

При С „ 1500 м/с, Смнн=1160 и/с.

Таким образом, применейие предлагаеМого устройства позволяет обеспечить постоянство чувствительности осевого акустического преобразования расхода при измерении расхода жидкостей широкой номенклатуры, например, большинства нефтей, нефтемасел, органических масел, органических кислот, спиртов и т.д.

Формула изобретения

Акустический преобразователь рас хода содержащий прямолинейный отреC ° зок трубопровода с двумя приемо-излучающими головками, установленными на его торцах, и два патрубка, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения постоянной чувствительности при измерении расхода большого класса жидкостей, соосно

" 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

15 1.

).(,ц, 4 " с мнн+ g 2. I мОкс+ Cpa где м — высота гильзы;

Смс3кси

С - верхняя и нижняя границы мин

% диапазона возможных значений скорости звука в контролируемой жидкости;

L — расстояние между патрубками;

25 4 — 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 информации, принятые во BHHt .àíèå при экспертизе

1. Биргер Г.И., Бражников Н.И.

Ультраз ву новые расходомеры, М., "Иеталлургия", 1964, с. 31, рис. П-2.

4р 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 ).

Составитель Н.,Бурбело

Редактор И. Касарда . Техред М.Гергель Корректор М. Демчик

Заказ 7829/57 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4