УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК РАСХОДА ГАЗА

Полезная модель относится к измерительной технике и может найти применение для измерения расхода газообразных сред в составе устройств измерения потребления газа индивидуальными потребителями в жилищно-коммунальном и бытовом хозяйстве.
Наиболее близким к предложенному ультразвуковому датчику расхода газа является счетчик газа ультразвуковой GSN-6T. Счетчик имеет моноблочное исполнение и состоит из корпуса, измерительного трубопровода и измерительно-вычислительного блока с жидкокристаллическим индикатором. В измерительном трубопроводе расположены электроакустические преобразователи и термодатчик. Счетчик газа имеет функцию термокоррекции. Недостатком счетчика газа является высокое падение давления равное 600 Па, значительные габаритные размеры 225×85×85 и масса 0,93 кг.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в улучшении метрологических и технических характеристик, а именно увеличение точности измерения, уменьшение падения давления, уменьшение массогабаритных характеристик устройства.
Заявленный технический результат был достигнут за счет того, что в ультразвуковой датчик расхода газа (далее датчик) дополнительно включены: тройник с входным и выходным участками, имеющими круглое сечение, пьезоэлектрические ультразвуковые датчики, имеющие V-образное расположение в измерительном тракте тройника; термодатчик, установленный в измерительном тракте тройника; конструктивные параметры для измерительного тракта тройника, имеющего сужение прямоугольного сечения, выполненное равно симметрично относительно центра тройника, определены соотношением
суж
Ду
S=К⋅S,
cyж
где S - площадь поперечного сечения участка сужения;
К - коэффициент сужения, находящийся в пределах 0,6<К<0,9;
Дy
S - площадь поперечного сечения входного участка сужения.
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - конструкция ультразвукового датчика расхода газа;
фиг. 2 - конструкция ультразвукового датчика расхода газа в продольном сечении;
фиг. 3 - поперечный разрез ультразвукового датчика расхода газа.
Датчик состоит из корпуса 1, цельнометаллического измерительного участка трубопровода - тройника 2, имеющим круглое сечение на входном 3 и выходном 4 участке, термодатчика 5, основания 6 под пьезоэлектрические ультразвуковые датчики 7 и 8, которые расположены под углом друг к другу и фиксируются в основании 6 при помощи прижимов 9 и 10 и прокладки 11, герметизирующей крышку 12 с тройником 2.
Конструкция измерительного тракта датчика представляет собой входной участок 3 и выходной участок 4, имеющие круглое сечение, линейный участок сужения рассчитанной и фиксированной длины равно симметричный относительно центра всего измерительного участка. Участок сужения имеет прямоугольное поперечное сечение, которое обеспечивает необходимую плоскостность участка отражения для приема/передачи сигналов от пьезоэлектрических ультразвуковых датчиков 7 и 8, имеющих V-образное расположение в измерительном тракте. Участок сужения введен в конструкцию тракта с целью повышения чувствительности измерения при малых расходах. Принцип действия сужающего участка в устройстве заключается в следующем: скорость потока газа увеличивается при переходе из входного участка 3 тройника 2 в сужающий участок тройника 2. При последующем переходе от сужающего участка в выходной участок 4 тройника 2 скорость потока газа уменьшается и становится равной скорости потока газа на входном участке тройника 2. Применение линейного участка сужения увеличивает скорость прохождения потока газа, повышая чувствительность и увеличивая точность результатов измерения.
Конструктивные параметры для измерительного тракта определены соотношением:
cyж
где S - площадь поперечного сечения участка сужения,
К - коэффициент сужения,
Ду
S - площадь поперечного сечения входного участка. Площади поперечного сечения входного и выходного участка датчика равны.
Для обеспечения высокого уровня чувствительности измерений при малых расходах коэффициент К данной конструкции должен находиться в пределах 0,6<К<0,9. Высокий уровень чувствительности измерений обеспечивает высокую точность измерений.
Конструкция ультразвукового датчика расхода газа имеет V-образное расположение пьезоэлектрических ультразвуковых датчиков 7 и 8, такой способ их расположения не препятствует свободному прохождению потока газа через измерительный тракт.
Также для повышения точности результатов измерения в состав конструкции был добавлен термодатчик 5, для осуществления функции термокоррекции и приведения результатов измерения к нормальным условиям по температуре.
Принцип действия данного ультразвукового датчика расхода газа основан на измерении разности между временем прохождения ультразвуковых импульсов по направлению потока газа и против него. По разности времени прохождения ультразвуковых импульсов датчик определяет скорость проходящего газа и его объем при рабочих условиях. Используя значения температуры встроенного термодатчика 5, рассчитывается объем газа, приведенный к нормальным условиям по температуре.
Таким образом, представленный ультразвуковой датчик расхода газа позволяет увеличить точность измерения, уменьшить падение давления до 25 Па, уменьшить массогабаритные характеристики.