PL187726B1 - Przepływomierz ultradźwiękowy - Google Patents

Abstract

1. Przeplywomierz ultradzwiekowy, z obu- dowa, z króccem wlotowym i króccem wylo- towym, miedzy którymi jest uksztaltowany ultradzwiekowy odcinek pomiarowy, przez który przeplywa w kierunku osiowym czyn- nik posredniczacy, przy czym w króccu wlo- towym i w króccu wylotowym umieszczone sa po jednym przetworniku ultradzwieko- wym albo napromieniowywane z przetwor- nika ultradzwiekowego zwierciadlo do na- dzwiekowiania tego odcinka pomiarowego, znamienny tym, ze obudowa (2) na przej- sciu od krócca wlotowego lub wylotowego do odcinka pomiarowego jest oslonieta we- wnetrznie elementem (11) z materialu po- chlaniajacego ultradzwieki, który po stronie odpowiedniego przetwornika ultradzwieko- wego (8, 9) lub zwierciadla (17), ma po- wierzchnie (12), uksztaltowana prostopadle do kierunku osiowego (7). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest przepływomierz ultradźwiękowy z obudową, z króćcem wlotowym i króćcem wylotowym, między którymi jest ukształtowany ultradźwiękowy odcinek pomiarowy.

Przepływomierze ultradźwiękowe tego typu są przeznaczone do wyznaczania prędkości przepływu i na tej podstawie do wyznaczania natężenia przepływu, a w połączeniu kombinowanym z pomiarami różnicy temperatury do ustalania i obliczania zużycia ciepła.

Znany jest ze szwajcarskiego opisu patentowego CH 670 156 przepływomierz ultradźwiękowy z rurką pomiarową, w którym płyn doprowadza się i odprowadza przewodami bocznymi. Po obu stronach rurki pomiarowej umieszczone są przetworniki ultradźwiękowe. Na końcach rurki pomiarowej założone są lejkowe kryzy z materiału pochłaniającego ultradźwięki, które tłumią niepożądane odbicia ultradźwięków.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego opublikowanego pod nr WO 86/02723 znany jest przepływomierz ultradźwiękowy z rurkową obudową z bezpośrednim doprowadzeniem cieczy, to znaczy bez bocznych przewodów doprowadzających ciecz. Zakończenia obudowy są rozszerzone i wyposażone w gwinty wewnętrzne umożliwiające zamontowanie w układzie rurowym. Przetworniki ultradźwiękowe są umieszczone centrycznie na osi rurki i są zamocowane na wspornikach promieniowo na tych zakończeniach. Nie ma oddzielnej rurki pomiarowej między przetwornikami ultradźwiękowymi. Celem zmniejszenia oporności przepływu i spadku ciśnienia przed przetwornikami ultradźwiękowymi umieszczone są wypomiki.

Celem wynalazku jest zaproponowania przepływomierza ultradźwiękowego, który już przy małym natężeniu przepływu uzyskuje dużą dynamikę i wysoką dokładność i na którym spadek ciśnienia jest jak najmniejszy.

Przepływomierz ultradźwiękowy z obudową, z króćcem wlotowym i króćcem wylotowym, między którymi jest ukształtowany ultradźwiękowy odcinek pomiarowy, przez który przepływa w kierunku osiowym czynnik pośredniczący, przy czym w króćcu wlotowym i w króćcu wylotowym umieszczone są po jednym przetworniku ultradźwiękowym albo napromieniowywane z przetwornika ultradźwiękowego zwierciadło do nadźwiękowiania tego odcinka pomiarowego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że obudowa przepływomierza, na

187 726 przejściu od króćca wlotowego lub wylotowego do odcinka pomiarowego, jest osłonięta wewnętrznie elementem z materiału pochłaniającego ultradźwięki, który po stronie odpowiedniego przetwornika ultradźwiękowego lub zwierciadła, ma powierzchnię, ukształtowaną prostopadle do kierunku osiowego.

Korzystnie, przetworniki ultradźwiękowe, albo zwierciadło wyposażone są w wypomik, przy czym wypomik oraz element z materiału pochłaniającego ultradźwięki są ukształtowane jako jedna część.

Korzystnie, element pochłaniający ultradźwięki jest wykonany z PVDF (polifluorek winylidenu).

W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuje się rurkową obudowę z króćcem wlotowym, łącznikiem i króćcem wylotowym, przez które przepływa czynnik pośredniczący w tym samym w przybliżeniu kierunku. W króćcu wlotowym i króćcu wylotowym umieszczono po jednym przetworniku ultradźwiękowym. W łączniku między dwoma przetwornikami ultradźwiękowymi umieszczona jest ewentualnie rurka pomiarowa, w której utworzony jest zarazem ultradźwiękowy odcinek pomiarowy. Rurka pomiarowa służy do zwiększenia prędkości przepływu. Jej przekrój ma tak mały wymiar, że przy zadanym minimalnym przy pomiarze, przepływie jednostkowym pomiędzy wysyłanym pod prąd i z prądem impulsem ultradźwiękowym występuje różnica czasu przebiegu, która może być zmierzona z zadaną dokładnością. W przypadku impulsów ultradźwiękowych rurka pomiarowa działa jak falowód, jak to przedstawiono w europejskim opisie patentowym EP 451 355.

Aby część impulsu emitowanego przez przetwornik ultradźwiękowy w fazie wysyłania nie odbijała się gdzieś na obudowie i nie trafiała z powrotem na przetwornik w kolejnej fazie odbioru i przez to nie nakładała się na impuls wysyłany z drugiego przetwornika ultradźwiękowego, powierzchnię wewnętrzne przejścia od króćca wlotowego lub wylotowego do ultradźwiękowego odcinka pomiarowego, gdzie zmienia się średnica wewnętrzna, są wyłożone materiałem pochłaniającym ultradźwięki. Z punktu widzenia techniki przepływu można byłoby oczekiwać, ze przejście od króćca wlotowego lub wylotowego na rurkę pomiarową celem uzyskania jak najmniejszego spadku ciśnienia trzeba ukształtować możliwie opływowe, to znaczy bez załomów i krawędzi. Jednak według wynalazku możliwe są skokowe, to znaczy nie odpowiadające profilowi opływowemu zmiany średnicy wewnętrznej, przy czym nie powoduje to znaczącego spadku ciśnienia. Powstałe stopnie wykłada się natomiast tak, aby ultradźwięki wysyłane przez przetwornik, które padają czołowo na wykładzinę i nie są pochłaniane, odbijały się w takim kierunku, żeby omijały przetwornik ultradźwiękowy.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony w oparciu o przykłady wykonania uwidocznione na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przepływomierz z rurką pomiarową, fig. 2 - wypomik z elementem osłonowym, fig. 3 - szczegół przepływomierza z rurką pomiarową, bez zwierciadła oraz fig. 4 - szczegół przepływomierza z rurką pomiarową i zwierciadłem.

Na fig. 1 pokazano w przekroju wzdłużnym przepływomierz 1 do wyznaczania ilości czynnika przepływającego układem rurowym, jak na przykład woda, olej lub gaz. Jego obudowa 2 ma króciec wlotowy 3 i króciec wylotowy 4, połączone ze sobą łącznikiem 5. W łączniku 5 jest ewentualnie osadzona rurka pomiarowa 6. Ciecz płynie przez króciec wlotowy 3, ewentualnie przez rurkę pomiarową 6 lub łącznik 5 i króciec wylotowy 4 w zasadzie w tym samym kierunku osiowym zaznaczonym strzałką 7. Króciec wlotowy 3 i króciec wylotowy 4 mają gwint zewnętrzny. W króćcu wlotowym i wylotowym 3, 4 umieszczone są przetworniki ultradźwiękowe 8, lub też 9, które wysyłają impulsy ultradźwiękowe w kierunku przepływu i przeciwnie, do tego kierunku. W łączniku 5 pomiędzy dwoma przetwornikami 8 i 9 jest utworzony ultradźwiękowy odcinek pomiarowy. Każdy z przetworników 8 i 9 wysyła jednocześnie impuls ultradźwiękowy składający się z wielu łańcuchów falowych i odbiera następnie wysyłany przez drugi przetwornik 8 lub 9 impuls ultradźwiękowy, przebiegający przez odcinek pomiarowy.

Wewnętrzną średnica króćca wlotowego 3 jest większa od wewnętrznej średnicy łącznika 5 albo rurki pomiarowej 6. Przejście od króćca wlotowego 3 na łącznik 5 albo rurkę pomiarową 6 trzeba teraz ukształtować tak, aby wysyłane przez przetworniki 8 lub 9 impulsy ultradźwiękowe przebiegały możliwie wprost przez odcinek pomiarowy, to znaczy żeby nie powstawały

187 726 wskutek odbić impulsy zakłócające, które nakładają się w niepożądany sposób na odbierany impuls ultradźwiękowy.

Dlatego na przejściu od króćca wlotowego lub wylotowego 3 lub 4 na ultradźwiękowy odcinek pomiarowy przewidziane są skokowe zmiany średnicy wewnętrznej, gdzie przewidziano ponadto wyłożenie materiałem pochłaniającym ultradźwięki.

Przejście od króćca wlotowego 3 na łącznik 5 albo rurkę pomiarową 6 zgodnie z wynalazkiem nie jest ukształtowane opływowo, lecz ze stopniem 10. Z jednej strony obudowa 2 ma stopień 10, z drugiej strony stopień 10 jest wyłożony elementem 11 z materiału pochłaniającego ultradźwięki, przy czym element 11 zachowuje w zasadzie stopniowe przejście. Element 11 ma od strony odpowiedniego przetwornika 8 lub 9 powierzchnię 12, która jest w przybliżeniu równoległa do powierzchni 13 przetwornika ultradźwiękowego, a więc jest w przybliżeniu prostopadła do osiowego kierunku 7. Jako materiał elementu 11 okazał się szczególnie przydatny PVDF (polifluorek winylidenu), ponieważ przy tym materiale grubość d około 1,5 mm powierzchni 12 wystarcza do takiego zmniejszenia odbić, że zwiększenie grubości d nie przynosi już istotnej poprawy. Stopień 10 można wykonać w obudowie 2 w prosty sposób, na przykład przez frezowanie.

Gdy przetwornik 8 wysyła impuls ultradźwiękowy, wówczas rozchodzą się w czynniku pośredniczącym fale ultradźwiękowe, z których mała część trafia na element 11. Fale trafiające na ten element 11 wnikają częściowo w niego, a częściowo są odbijane. Energia wnikających fal ultradźwiękowych jest w dużej części absorbowana. Fale odbite są skierowane tak, że omijają przetwornik ultradźwiękowy 8, ponieważ fale te odbijają się od powierzchni 12 elementu 11 jak od zwierciadła.

Celem zminimalizowania spadku ciśnienia przetworniki ultradźwiękowe 8 i 9 są osłonięte ewentualnie wypomikiem 14. Element 11 i wypomik 14 są wykonane korzystnie jako jedna część, jak to przedstawiono w widoku perspektywicznym przykładowo na fig. 2. Część tę można wprowadzić z boku w króciec wlotowy albo wylotowy 3 lub 4 (fig. 1), przy czym zatrzaskuje się ona w obudowie 2 (fig. 1) i jest tam stabilnie osadzona. Dwa wystające noski 15 zapewniają osiowe prowadzenie rurki pomiarowej 6. Następne prowadniki 16 zapewniają promieniowe ułożenie rurki pomiarowej 6.

Na fig. 3 pokazano szczegółowo, jak element 11 może ułożyć osiowo rurkę pomiarową 6. Rurka 6 ma albo zukosowane końce (fig. 3) albo rozszerza się lekko ku końcom (fig. 4). Dobrze jest uszczelnić rurkę 6 promieniowo w łączniku 5 za pomocą pierścienia samouszczelniającego okrągłego. Element 11 nie pokrywa krawędzi czołowej rurki 6 z wyjątkiem dwóch wąskich nosków 15. Ewentualnie inne powierzchnie w króćcu wlotowym i wylotowym 3 lub 4 są wyłożone materiałem pochłaniającym ultradźwięki. Poprawa tłumienia niepożądanych odbić ultradźwięków ma jednak tę niekorzystną stronę, że wykładzina zmniejsza uzyteczny przekrój, co powoduje zwiększenie spadku ciśnienia.

Powierzchnia 12 elementu 11 po stronie przetwornika ultradźwiękowego 8 jest usytuowana tak, że wysyłane przez przetwornik 8 i odbijające się na powierzchni 12 fale ultradźwiękowe nie trafiają już na przetwornik 8. Okazało się, ze wymaganie takie jest spełnione wówczas, gdy powierzchnia 12 jest ukształtowaną w przybliżeniu równolegle do powierzchni 13 przetwornika 8, to znaczy jest w przybliżeniu prostopadła do osiowego kierunku 7.

Wypomik 14 zespolony z elementem 11 jest ukształtowany korzystnie tak, że można go wstawić do przepływomierza 1 z rurką pomiarową 6 albo do przepływomierza 1 bez rurki pomiarowej 6. Można więc zrealizować przepływomierz 1 zaprojektowany na przykład na przepływ nominalny 0,6 m³/h i na przepływ nominalny 1,5 m Th, w których różnica polega tylko na tym, czy jest czy nie jest wstawiona rurka pomiarowa 6.

Figura 4 pokazuje rozwiązanie, w którym przetwornik ultradźwiękowy 8 (a także przetwornik ultradźwiękowy 9) jest założony z boku za pośrednictwem kołnierza na obudowie 2 przepływomierza 1. Do odchylania impulsów ultradźwiękowych wysyłanych przez przetwornik 8 służy zwierciadło 17 ze stali nierdzewnej, które jest umocowane na wsporniku 18 z tworzywa sztucznego. Podczas montażu wprowadza się wspornik 18 z boku w króciec wlotowy 3, przy czym przynajmniej dwa noski ustalające wspornika 18 zatrzaskują się w obwodowym rowku 19 obudowy 2. Wspornik 18 ma ponadto jeden lub dwa czopy 20, które wchodzą w tak

187 726 ukształtowane wycięcia obudowy 2, że położenie zwierciadła 17 jest jednoznaczne i ustabilizowane. Wspornik 18 ogranicza ewentualnie osiowe przemieszczenie rurki pomiarowej 6, która ze swej strony jest uszczelniona w obudowie 2 pierścieniem samouszczelniającym okrągłym. Element 11 do wyłożenia stopnia 10 jest częścią wspornika 18 z tworzywa sztucznego. Wspornik 18 osłania korzystnie całe wnętrze króćca wlotowego albo wylotowego 3 lub 4. Takie ukształtowanie obudowy 2 i wspornika 18 daje tę korzyść, że obudowę 2 można wytwarzać niedrogo z mosiądzu prasowanego i że wspornik 18 osłania łatwo materiałem pochłaniającym ultradźwięki wszystkie miejsca obudowy 2, na których mogłyby powstawać niepożądane odbicia ultradźwięków. Wspornik 18 z tworzywa sztucznego służy też jako element wyporowy do minimalizowania oporów przepływu.

Wspornik 18 zespolony z elementem 11 jest także tutaj ukształtowany korzystnie tak, że można go wstawić do przepływomierza 1 z rurką pomiarową 6 albo do przepływomierza 1 bez rurki pomiarowej 6. Można więc zrealizować przepływomierz 1 zaprojektowany na przykład na przepływ nominalny 0,6 mr/h i na przepływ nominalny 1,5 m ³/h, w których różnica polega tylko na tym, czy jest czy nie jest wstawiona rurka pomiarowa 6. Noski 15 i prowadniki 16 (fig. 2) mogą być umieszczone jeden nad drugim (nie obok siebie, jak przedstawiono na rysunku) i mają tak małe wymiary, że również w przypadku przepływomierza 1 bez rurki pomiarowej 6 nie powodują one spadku ciśnienia.

187 726

Fig. 1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przepływomierz ultradźwiękowy, z obudową, z króćcem wlotowym i króćcem wylotowym, między którymi jest ukształtowany ultradźwiękowy odcinek pomiarowy, przez który przepływa w kierunku osiowym czynnik pośredniczący, przy czym w króćcu wlotowym i w króćcu wylotowym umieszczone są po jednym przetworniku ultradźwiękowym albo napromieniowywane z przetwornika ultradźwiękowego zwierciadło do nadźwiękowiania tego odcinka pomiarowego, znamienny tym, że obudowa (2) na przejściu od króćca wlotowego lub wylotowego do odcinka pomiarowego jest osłonięta wewnętrznie elementem (11) z materiału pochłaniającego ultradźwięki, który po stronie odpowiedniego przetwornika ultradźwiękowego (8, 9) lub zwierciadła (17), ma powierzchnię (12), ukształtowaną prostopadle do kierunku osiowego (7).
2. 2. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że przetworniki ultradźwiękowe (8 albo 9) wyposażone są w wypomik (14), przy czym wypomik (14) oraz element (11) są ukształtowane jako jedna część.
3. 3. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że zwierciadło (17) wyposażone jest w wypomik (14), przy czym wypomik (14) oraz element (11) są ukształtowane jako jedna część.
4. 4. Przepływomierz według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że element (11) jest wykonany z PVDF (polifluorek winylidenu).