ВИХРЕВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СЧЕТЧИК РАСХОДА МАЛОВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Вихревой ультразвуковой счетчик расхода маловязких жидкостей.
Предлагаемая полезная модель относится к индикации или регистрации объема жидкости в сочетании с измерениями вообще, а именно к техническим средствам для измерения объема жидкости, закачиваемой в нагнетательные скважины систем поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях, а также в коммунальном хозяйстве и для учёта использования воды на промышленных предприятиях.
Известен вихревой электромагнитный расходомер, (См. например. Патент РФ №2137094, М.кл. G 01 F 1/32, опубл. 10.09.99 ), содержащий трубопровод, внутри которого перпендикулярно его продольной оси расположен вихреобразующий элемент, два электрически изолированных от трубопровода электрода, расположенных последовательно за передней кромкой вихреобразующего элемента в плоскости, проходящей через ось трубопровода, третий электрод, соединенный с трубопроводом, и магнитную систему вектор индукции магнитного поля которой параллелен оси вихреобразующего элемента при этом электроды параллельны вектору магнитной индукции и пересекают ось трубопровода, а неизолированная часть измерительных электродов симметрична относительно оси трубопровода и имеет длину «а, выбранную из соотношения: а (0,1 - 0,5)0, где D - внутренний диаметр трубопровода, расстояние 1 между измерительными электродами выбрано из соотношения: I  (0,4 - 0,45)0 .
Однако такой вихревой электромагнитный расходомер, имеет высокую себестоимость, низкие эксплуатационные качества, надежность и долговечность. Данный недостаток обусловлен влиянием на прибор измерения свойств рабочей среды, а именно нефтепродуктов и моющих жидкостей, обеспечивающих удаление нефтепродуктов, а также природные условия (наледь, замерзание).
Известен также, принятый за лрототип вихревой расходомер (см. например, описание к заявке на изобретение РФ №98102950, М.кл. G 01 F 1/32, опубл. 20.02.99, бюл. №5),содержащий расположенное поперек потока тело обтекания, два пьезоэлемента, установленных диаметрально противоположно за телом обтекания, генератор ультразвуковых колебаний и фазовый детектор, а также второй генератор ультразвуковых колебаний с частотой, близкой, но не равной
МПК(7) G Ol F 1/32
частоте первого генератора, второй фазовый детектор, формирователь сигнала разностной частоты, два амплитудных детектора и сумматор, причем выходы первого и второго генераторов соединены, соответственно, с первым и вторым пьезоэлементами, а также с входами первого и второго амплитудных детекторов и входами формирователя сигнала разностной частоты, выходы первого и второго амплитудных детекторов соединены соответственно с одним из входов первого и второго фазовых детекторов, другой вход каждого из которых соединен с выходом формирователя сигнала разностной частоты, а выходы фазовых детекторов соединены с входом сумматора, выход которого соединен с блоком преобразования в выходной сигнал.
Недостатком известного счетчика воды является низкие эксплуатационные качества, точность, долговечность и надежность.
Данный недостаток обусловлен особенностью конструкции.
Техническая задача на решение которой направлена заявляемая полезная модель - повышение эксплуатационных качеств, точности измерения, надежности и долговечности.
Поставленный технический результат достигается тем, что известный вихревой счетчик расхода жидкости, содержащий расположенное поперек потока тело обтекания и пьезоэлементы, генератор ультразвуковых колебаний, фазовый детектор, формирователи сигнала, ограничители амплитуды, сумматор, блок преобразования в выходной сигнал, согласно полезной модели, он выполнен в виде датчика расхода жидкости, состоящего из первичного преобразователя и преобразователя нормирующего и передающего, который содержит установленные на его плате, соответственно соединенные друг с другом, ограничитель, который выполнен в виде аналогового усилителя - ограничителя, связанного посредством делителя частоты с формирователем сигнала, подающего сигнал на фазовый детектор, связанный в свою очередь с генератором ультразвуковых колебаний и с фильтром нижних частот, связанного с фильтром верхних частот, который в свою очередь связан с системой автоматического регулирования усиления, подающего сигнал посредством формирователя «меандра блоку преобразования нормированного импульсного сигнала на управляемые делители частоты с устройствами коммутации и сумматор, причем упомянутые управляемые делители частоты связаны с устройством гальванической развязки, выполненного с возможностью защиты от
неправильного включения нагрузки, а питание вышеупомянутых элементов осуществляется от импульсного стабилизатора напряжения, входящего в состав платы преобразователя нормирующего и передающего, запитанного от внешнего источника постоянного тока нестабилизированного напряжения, при этом первичный преобразователь содержит тело обтекания, выполненное в виде вихревого тела первичного преобразователя, и оснащенные согласующими трансформаторами пьезоэлементы в виде пьезоизлучателя, связанного с генератором ультразвуковых колебаний посредством одного из упомянутых согласующих трансформаторов и пьезоприемника, связанного посредством другого согласующего трансформатора с платой преобразователя нормирующего и передающего.
Применение преобразователя нормирующего передающего, содержащего установленные на его плате, соответственно соединенные друг с другом ограничитель, который выполнен в виде аналогового усилителя - ограничителя, связанного посредством делителя частоты с формирователем сигнала, подающего сигнал на фазовый детектор, связанный в свою очередь, с генератором ультразвуковых колебаний и с фильтром нижних частот, связанного с фильтром верхних частот, который в свою очередь связан с системой автоматического регулирования усиления, подающего сигнал посредством формирователя «меандра блоку преобразования нормированного импульсного сигнала на сумматор и управляемые делители частоты с устройствами коммутации, причем упомянутые управляемые делители частоты связаны с устройством гальванической развязки, выполненного с возможностью защиты от неправильного включения нагрузки, а питание вышеупомянутых элементов осуществляется от импульсного стабилизатора напряжения, входящего в состав платы преобразователя нормирующего и передающего, запитанного от внешнего источника постоянного тока нестабилизированного напряжения, обеспечивает преобразование объема проходящей измеряемой жидкости, в выходной сигнал высокой точности, представленный пропорциональным числом электрических импульсов и входящие в состав блока преобразования нормированного импульсного сигнала сумматор и управляемые делители частоты с устройствами коммутации позволяют проводить линеаризацию величины относительной погрешности расхода жидкости, что повышает точность предлагаемой полезной модели и полную взаимозаменяемость преобразователей нормирующих и передающих независимо от типоразмера преобразователя расхода.
Преобразователь расхода, который содержит содержит тело обтекания, выполненное в виде вихревого тела первичного преобразователя, при обтекании которого потоком возникают завихрения, вызывающие перепады давления с частотой пропорциональной скорости потока и объемному расходу, и оснащенные согласующими трансформаторами пьезоэлементы в виде пьезоизлучателя, связанного с генератором ультразвуковых колебаний посредством одного из упомянутых согласующих трансформаторов и пьезоприемника, связанного посредством другого согласующего трансформатора с платой преобразователя нормирующего и передающего, обеспечивает устойчивость датчика расхода жидкости к воздействию загрязнений нефтепродуктами, а также к моющим жидкостям, обеспечивающим удаление нефтепродуктов, а также обеспечивает точность измерения счетчика независимо от свойств рабочей среды и климатических условий (замерзание, наледь), что повышает надежность счетчика и его долговечность, допускает применение во взрывоопасных зонах.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию новизна.
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве с получением технического результата, заключающегося в надежной эксплуатации в течении длительного времени в различных средах.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где:
-на фиг. 1 - изображена блок-схема вихревого ультразвукового счетчика расхода маловязких жидкостей.
Вихревой ультразвуковой счетчик расхода маловязких жидкостей, содержит тело обтекания, выполненное в виде вихревого тела обтекания 1 первичного преобразователя, при обтекании которого потоком возникают , генератор ультразвуковых колебаний 2, ограничитель, который выполнен в виде аналогового усилителя - ограничителя 3, фазовый детектор 4, формирователи сигнала 5, сумматор 6, блок преобразования нормированного импульсного сигнала 7. Вихревой ультразвуковой счетчик расхода маловязких жидкостей выполнен в виде датчика расхода жидкости, состоящего из первичного преобразователя 9 и
преобразователя нормирующего и передающего 10, который содержит установленные на его плате, соответственно соединенные друг с другом, аналоговый усилителя - офаничителя, связанный посредством делителя частоты 11 с формирователем сигнала 5, подающий сигнал на фазовый детектор 4, связанный в свою очередь с генератором ультразвуковых колебаний 2 и с фильтром нижних частот 12, связанного с фильтром верхних частот 13, который в свою очередь связан с системой автоматического регулирования усиления 14, подающего сигнал посредством формирователя «меандра 15 блоку преобразования нормированного импульсного сигнала 7 на управляемые делители частоты 16,17,18, с устройствами коммутации 19, 20, 21, связанные с сумматором 6, который в свою очередь, получает сигнал от генератора ультразвуковых колебаний 2. Упомянутые управляемые делители частоты связаны с устройством гальванической развязки 22, выполненного с возможностью защиты от неправильного включения нагрузки. Питание вышеупомянутых элементов осуществляется от импульсного стабилизатора напряжения 23, входящего в состав платы преобразователя нормирующего и передающего, запитанного от внешнего источника постоянного тока нестабилизированного напряжения. Первичный преобразователь 9 содержит, вихревое тело обтекания 1 первичного преобразователя и оснащенные согласующими трансформаторами 24, 25 пьезозлементы в виде пьезоизлучателя 26, связанного с генератором ультразвуковых колебаний 2 посредством одного из упомянутых согласующих трансформаторов 24 и пьезоприемника 27, связанного посредством другого согласующего трансформатора 25 с платой преобразователя нормирующего и передающего 10.
Вихревой счетчик расхода жидкости работает следующим образом.
Набегающий поток жидкости образует за вихревым телом обтекания 1, первичного преобразователя 9 сильные завихрения, образующие, так называемую «вихревую дорожку, состоящую из двух цепочек- ветвей, образующихся на верхней и нижней кромках вихревого тела обтекания и перемещающихся вместе с потоком. Датчик расхода жидкости регистрирует каждый из вихрей путем просвечивания потока ультразвуковым лучом, направленным перпендикулярно оси вихревого тела обтекания 1 первичного преобразователя. После взаимодействия ультразвуковых колебаний с цепочкой вихрей, «вихревой дорожкой, сигнал, принятый пьезоприемником 27,
модулируется по фазе. Модулированный оигнал с выхода пьезоприемника 27 через согласующий трансформатор 25 поступает на аналоговый усилитель ограничитель 3 и далее через делитель частоты 11 поступает на формирователь сигнала 5, с выхода которого импульсы прямоугольной формы поступают на вход фазового детектора 4, работа которого основана на преобразовании фазового сдвига между напряжением, поступающим с генератора ультразвуковых колебаний 2 и напряжением сигнала, поступающим с выхода формирователя сигнала 5 в последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна разности фаз между указанными сигналами. Сигнал с выхода фазового детектора 4 поступает на фильтр нижних частот 12, где подавляется несущая частота и другие вьюокочастотные несущие составляющие сигнала. Окончательная частотная селекция производится двухзвенным фильтром верхних частот 13. Система автоматического регулирования усиления 14 обеспечивает стабилизацию входного напряжения посредством формирователя «меандра 15 блоку преобразования нормированного импульсного сигнала 7 в рабочем диапазоне расходов. Формирователь «меандра 15 формирует импульсы прямоугольной формы. Напряжение сигнала с выхода формирователя «меандра 15 поступает на вход сумматора 6, посредством управляемых делителей частоты 16,17,18, с устройствами коммутации 19, 20, 21, а сумматор 6 с приходом каждого очередного импульса сигнала вырабатывает пачку импульсов опорной частоты, поступающих с генератора ультразвуковых колебаний 2. С выхода сумматора 6 импульсы поступают на управляемые делители частоты 16,17,18, связанные с устройством гальванической развязки 22. Преобразователь нормирующий и передающий 10 обеспечивает преобразование и передачу в систему телемеханики нормированных импульсных сигналов.
Предложенная полезная модель «Вихревой ультразвуковой счетчик расхода маловязких жидкостей обладает повышенной точностью, надежностью и долговечностью.