РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к приборам для измерения объемного расхода жидкости ультразвуковым методом и приборам для измерения скорости текучих сред и может быть использована в технике процессов и автоматизации для определения объемного расхода и/или скорости потока среды в напорных трубопроводах с диаметром условного прохода от 8 мм до 300 мм.
Известен ультразвуковой измерительный преобразователь из патента РФ №2138022 с датой приоритета 19.01.1998 г., содержащий волновод, выполненный в виде призмы, снабженной клиновым поглотителем, с закрепленным на ее поверхности пьезоэлементом.
Недостатком ультразвукового измерительного преобразователя является низкая точность измерения из-за невозможности вносить в расчет параметров расхода данных о температуре жидкости.
В качестве прототипа принято устройство для определения и/или контроля объемного и/или массового расхода среды из патента РФ №2289792 с датой приоритета 17.11.2003 г., содержащее ультразвуковой преобразователь, выполненный с возможностью передачи и/или приема ультразвуковых измерительных сигналов, и блок регулирования/обработки, выполненный с возможностью определения объемного и/или массового расхода среды в емкости с помощью ультразвуковых измерительных сигналов по принципу разности времени прохождения или по доплеровскому принципу.
Недостатком устройства для определения и/или контроля объемного и/или массового расхода среды является низкая точность измерения из-за невозможности вносить в расчет параметров расхода данных о температуре жидкости.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании предлагаемого устройства, является проблема повышения точности измерения объемного расхода контрольно-измерительной аппаратурой.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении точности измерения расхода жидкости за счет фильтрации шумов ультразвукового сигнала, точного измерения времени между отправляемым зондирующим сигналом и принимаемым эхо-сигналом от первичных преобразователей электроакустических, которые обеспечиваются за счет применения устройства сопряжения, а также за счет компенсации дополнительной температурной погрешности, которая рассчитывается после детектирования температурным сенсором температуры жидкости.
Для достижения технического результата расходомер жидкости содержит 2n первичных преобразователей электроакустических, n устройств сопряжения (1≤n≤4), электронное устройство. Преобразователи электроакустические соединены с устройством сопряжения, устройство сопряжения также соединено с электронным устройством. Первичный преобразователь электроакустический содержит пьезоэлемент, закрепленный на металлической призме, скошенной под острым углом к основанию, и температурный сенсор, которые расположены в герметизированном корпусе.
Принцип работы заявляемого расходомера жидкости основан на времяпролетном методе измерения, который заключается в регистрации разницы времени распространения ультразвуковых сигналов в направлении потока и против потока жидкости, генерируемых и принимаемых поочередно парой первичных преобразователей электроакустических, при этом при вычислении расхода жидкости учитывается дополнительная температурная погрешность - в ходе измерения данные о температуре фиксируются температурным сенсором и передаются в блок сопряжения, где обрабатываются и используются в расчетах для компенсации дополнительной температурной погрешности, вызванной изменением температуры окружающей среды и температуры измеряемой среды.
На фиг. 1 представлена конструкция расходомера жидкости, где:
1 - первичные преобразователи электроакустические;
2 - устройство сопряжения;
3 - электронное устройство.
На фиг. 2 представлено устройство первичного преобразователя электроакустического, где:
4 - пьезоэлемент;
5 - температурный сенсор;
6 - корпус первичного преобразователя электроакустического.
Расходомер жидкости (фиг. 1) содержит 2n первичных преобразователей электроакустических 1, n устройств сопряжения 2 (1≤n≤4), электронное устройство 3. Преобразователи электроакустические 1 соединены с устройством сопряжения 2 симметричным кабелем парной скрутки и радиочастотным кабелем, устройство сопряжения 2 также соединено с электронным устройством 3 симметричным кабелем парной скрутки.
Количество устройств сопряжения n варьируется в зависимости от исполнения расходомера жидкости и диаметров трубопровода, при этом на одно устройство сопряжения приходится два первичных преобразователя электроакустических, составляющих один измерительный канал:
- при диаметрах трубопровода от 8 до 40 мм используется один измерительный канал;
- при диаметрах трубопровода от 40 до 100 мм используется один или два измерительных канала;
- при диаметрах трубопровода от 100 до 300 мм используется от одного до четырех измерительных каналов.
Первичный преобразователь электроакустический 1 (фиг. 2) содержит пьезоэлемент 4, закрепленный на металлической призме, скошенной под острым углом к основанию, и температурный сенсор 5, которые расположены в герметизированном корпусе 6.
Функционирование заявляемого расходомера жидкости происходит следующим образом (описание функционирования представлено для реализации расходомера жидкости с одним измерительным каналом, расходомеры с числом измерительных каналов 2 и более работают аналогичным образом; при этом при увеличении количества измерительных каналов повышается достоверность измеренных данных и/или обеспечивается резервирование измерительных каналов).
Первичные преобразователи электроакустические 1 и устройство сопряжения 2 устанавливаются на измеряемом участке трубопровода с использованием комплекта крепежных устройств. Электронное устройство 3 устанавливается на расстоянии до 20 м от устройства сопряжения 2.
Для зондирования по потоку устройство сопряжения 2 генерирует импульсы напряжения, которые поступают на один из двух преобразователей электроакустических 1, который выполняет функции излучателя (первичный преобразователь электроакустический - излучатель). Пьезоэлемент первичного преобразователя электроакустического - излучателя 4 возбуждает зондирующий акустический сигнал, распространяющийся через стенки трубопровода и жидкость. Второй первичный преобразователь электроакустический, который выполняет функции приемника (первичный преобразователь электроакустический - приемник) 1 детектирует эхо-сигнал от зондирующего акустического сигнала и передает его в устройство сопряжения 2. В устройстве сопряжения 2 эхо-сигнал преобразуется в сигнал в виде огибающей, формируется разрешающий сигнал начала времени приема эхо-сигнала, затем формируется сигнал окончания времени приема эхо-сигнала и определяется время по потоку между отправляемым зондирующим сигналом и принимаемым эхо-сигналом от первичных преобразователей электроакустических 1.
Затем аналогично осуществляется зондирование против потока, при этом первичный преобразователь электроакустический - излучатель выполняет функции приемника, а первичный преобразователь электроакустический - приемник - излучателя. Устройство сопряжения 2 обеспечивает переключение режимов работы первичных преобразователей электроакустических.
В присутствии потока жидкости время прохождения между отправляемым зондирующим сигналом и принимаемым эхо-сигналом, распространяющимся в направлении потока, меньше по сравнению со временем прохождения сигнала против потока. Разница времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока регистрируется в устройстве сопряжения 2 и обрабатывается в соответствии с принятым алгоритмом обработки данных для вычисления скорости потока, расхода жидкости с учетом температурной погрешности.
Температурная погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды и температуры измеряемой среды, вычисляется в устройстве сопряжения 2 при поступлении данных с температурного сенсора 5.
Значения скорости потока, расхода жидкости, температуры, полученные после обработки в устройстве сопряжения 2, передаются в электронное устройство 3, в котором значения усредняются и преобразуются в требуемый формат данных для передачи внешнему потребителю по интерфейсу связи в систему верхнего уровня.
Повышение точности измерения расхода жидкости обеспечивается тем, что расходомер жидкости содержит электронное устройство, два первичных преобразователя электроакустических, каждый из которых расположен в герметизированном корпусе и закреплен на трубопроводе. Каждый первичный преобразователь электроакустический содержит пьезоэлемент, закрепленный на металлической призме, скошенной под острым углом к основанию. Электронное устройство и два первичных преобразователя электроакустических соединены с устройством сопряжения, каждый первичный преобразователь электроакустический дополнительно содержит температурный сенсор.