Датчик ультразвукового витратоміра

1 Датчик ультразвукового витратоміра, що складається з ультразвукового датчика в немагнітному корпусі та притискного пристосування, до складу якого входять перший та другий магніти і металева пластина-перемичка, причому перший та другий магніти закріплені на перемичці, який відрізняється тим, що введені два стояки, два наконечники, третій та четвертий магніти, при цьому датчик розташовується між стояками, третій магніт виконаний в обрамленні з немагнітного матеріалу, верхні частини стояків прикріплені до першого та другого магнітів, на нижніх кінцях стоя ків закріплені наконечники, третій магніт закріплений на стояках паралельно нижнім граням першого та другого магнітів, а четвертий магніт закріплений на верхній площині корпуса датчика 2 Пристрій за п 1 , який відрізняється тим, що перемичка, стояки та наконечники виконані з феромагнітних матеріалів (наприклад, сталі) 3 Пристрій за пп 1 і 2, який відрізняється тим, що наконечники виконані знімними та закріплюються на нижніх кінцях стояків гвинтами 4 Пристрій за пп 1-3, який відрізняється тим, що для монтажу на трубопроводах різних діаметрів пристрій комплектується набором наконечників, які відрізняються кутом нахилу їх опорної площини, призначеної для контакту з трубопроводом 6 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що для утримання датчика під притискним пристроєм під час монтажу на бокових стінках корпусу датчика виконані шипи, а на внутрішніх сторонах стояків пази Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний в різних галузях промисловості та комунального господарства в складі ультразвукових витратомірів з накладними датчиками при вимірюванні швидкості, об'ємних або інтегральних витрат потоку рідини, що транспортується в повністю заповнених стальних та чавунних трубопроводах Відоме пристосування для притиску прийомопередаючого датчика до трубопроводу в цілях забезпечення акустичного контакту (патент США №6 273 373 В1, опубл 14 серпня 2001 р, м кп F16L3/00, «Device for clamping a transducer to a pipe", автор Joseph Baumoel) Пристосування складається з П - подібного кронштейну, за допомогою якого датчик притискується до трубопроводу, натяжної стрічки, штока, хомута та шпинделя На верхній частині кронштейну виконані захвати для кріплення натяжної стрічки та хомута Крізь отвір в хомуті проходить шток з різьбою При обертанні шпинделя шток переміщується, при цьому можна втягувати шток в хомут або висовувати в напрямку до поверхні трубопроводу В вихідному стані шток висунутий в напрямку до поверхні трубопроводу на максимально можливу довжину На краю штоку закріплюють кінець натяжної стрічки Другий кінець стрічки (після опоясування трубопроводу) жорстко закріплюють на захваті, що розміщений на верхній частині кронштейну При обертанні шпинделя шток втягується, натягуючи стрічку Зусилля притиску датчика до трубопроводу регулюють, змінюючи силу натягу стрічки Недоліком пристосування є низька оперативність при монтажі датчиків ультразвукових витратомірів на трубопроводі Для роботи ультразвукового витратоміра необхідно, щоб його два датчики були розташовані визначеним чином на конкретній відстані один відносно другого Оперуючи притискними пристосуваннями на базі металевих стрічок, проблематично виконати цю роботу менше ніж за 5 хвилин Крім того, можно показати, що на трубопроводах великих діаметрів для притиску датчика до поверхні трубопроводу з зусиллям 10-20кГ (це 1 ю 59701 необхідно для забезпечення гарного акустичного контакту) доводиться натягувати стрічку з зусиллям 300-500кГ 3 часом стрічка розтягується, що призводить до погіршення акустичного контакту датчика з матеріалом трубопроводу Відоме монтажне пристосування для кріплення датчика температури на поверхні трубопроводу (ас СССР №885820, м кл G01K1/24, автори Н К Абіралов, Л Г Суслов, І І Сім'янов та Е І Кісельов, заявлено 04 04 80р , опубліковано ЗО 11 81 р) Монтажне пристосування виконано у вигляді розімкненого біметалевого кільця, один із металевих шарів якого, що має менший коефіцієнт теплового розширення, прилягає до трубопроводу При нагріві трубопроводу сила притиску збільшується Недоліком пристосування є обмежена область використання (лише на гарячих трубопроводах) Крім того, оперативність монтажу низька - в польових умовах проблематично швидко виконати монтаж/демонтаж жорсткого пружинного кільця на трубопроводі Даний пристрій є аналогом по відношенню до заявляемого Відомий датчик ультразвукового витратоміра та монтажне пристосування для його монтажу на трубопроводі (патент СІЛА №4 452 803 від 17 01 1984р, м кл G01FI/66, «Transducer structure and arrangement for transducer structure for clampon ultrasonic flowmeters», автор Joseph Baumoel) Монтажне пристосування являє собою прямокутну платформу, виготовлену з металевого П подібного профілю Платформа встановлюється своїми ребрами на поверхню трубопроводу так, щоб поздовжня вісь (платформи) була направлена вздовж труби Платформу жорстко притискують до трубопроводу за допомогою натяжних вузлів на основі металевих стрічок В верхній площині платформи виконаний продовгуватий отвір для доступа робочої поверхні датчика до-поверхні трубопроводу Корпус датчика притягується до платформи за допомогою металевих гвинтів з різьбою, при цьому його робоча поверхня притискується до поверхні трубопроводу Недоліком монтажного пристосування є велика металоємність та низька оперативність при встановленні датчика на поверхню трубопроводу Пристосування по патенту США №4 452 803 є аналогом по відношенню до заявляемого Відомий спосіб генерації об'ємних зондуючих сигналів на поверхні трубопроводу та обладнання для реалізації способу при вимірюванні характеристик потоку (патент США № 4 735 097, м кл G01F1/66, G01F23/28 від 5 04 1988р «Method and apparatus for measuring fluid characteristics using surface generated volumetric interrogation signals», автор L С Lynnworth Датчик виконаний в немагнітному корпусі Притискне пристосування для датчика складається із двох вертикальних стійок та металевої пластини-перемички Стойки виготовлені з магнітів Перемичка кріпиться до первого та другого магнітів Притискне пристосування встановлюють так, щоб його поздовжня вісь симетрії (проходить через центри стійок) була направлена вздовж осі трубопроводу В центрі перемички є отвір з різьбою Датчик встановлюють під перемичкою та притискують до поверхні трубопровода за допомогою гвинта, що вкручується в різьбовий отвір Перевагами притискного пристосування є простота конструкції та висока оперативність монтажу - за допомогою магнітних стійок вдається дуже швидко закріпити притискне пристосування на поверхні стального трубопроводу Розміщення датчика під притискним пристосуванням і його кріплення також не потребує багато часу Недоліками пристосування є мала площа контакту магнітів з трубопроводом, що призводить до їх незначного притягання до труби В результаті під впливом невеликого механічного зусилля притискне пристосування відривається відтруби, - мала СТІЙКІСТЬ в вертикальній площині - притискний пристрій легко хитається, оскільки основи стійок стоять на сферичній поверхні, - ненормоване зусилля притиску датчика до поверхні трубопроводу, залежне від ступеня затяжки гвинта Даний пристрій є найбільш близьким до заявляемого і вибраний в якості прототипу Спільними ознаками прототипу та пристрою, що заявляється, є 1 Датчик в корпусі із немагнітного матеріалу 2 Перший та другий магніти 3 Металева пластина-перемичка 4 Кріплення магнітів до перемички Задачею винаходу є підвищення надійності кріплення датчиків на трубопроводі 1 Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій, що складається з ультразвукового датчика в немагнітному корпусі, а також притискного пристосування, до складу якого входять перший та другий магніти і металева пластина-перемичка, причому перший та другий магніти закріплені на перемичці, введені дві стойки, два наконечники, третій та четвертий магніти, при цьому датчик розташовується між стойками, третій магніт виконаний в обрамленні з немагнітного матеріалу, верхні частини стійок прикріплені до першого та другого магнітів, на нижніх кінцях стійок закріплені наконечники, третій магніт закріплений на стойках паралельно нижнім граням першого та другого магнітів, а четвертий магніт закріплений на верхній площині корпуса датчика 2 Пристрій по п 1, який відрізняється тим, що перемичка, стойки та наконечники виконані з феромагнітних матеріалів (наприклад, сталі) 3 Пристрій по пп 1 і 2, який відрізняється тим, що наконечники виконані знімними та закріплюються на нижніх кінцях стійок гвинтами 4 Пристрій по пп 1-3, який відрізняється тим, що для монтажу на трубах різних діаметрів пристрій комплектується набором наконечників, які відрізняються углом нахилу їх опорної площини, призначеної для контакту з трубопроводом 5 Пристрій по п 1, який відрізняється тим, що для утримання датчика під притискним пристроєм під час монтажу, на бокових стінках корпусу датчика виконані шипи, а на внутрішніх сторонах стійок пази Конструкція датчика згідно винаходу та при 59701 стосування для його монтажу на трубопроводі показані на Фіг 1 На Фіг 2 зображена взаємна орієнтація полюсів магнітів Пристрій згідно Фіг 1 складається з датчика в немагнітному корпусі 1, першого 2 і другого 3 постійних магнітів, перемички 4, двох стійок 5, двох наконечників 6, третього постійного магніту в немагнітному обрамленні 7 та четвертого постійного магніту 8, встановленого на верхній площині датчика 1 В стойках 5 на сторонах, найближчих до датчика, виконані вертикальні пази 9 На корпусі датчика 1 виконані шипи 10 Притискне пристосування встановлюють на трубопроводі 11 Робоча поверхня датчика 1 орієнтована в напрямку трубопровода На корпусі датчика 1 встановлений радіочастотний розмикач 12 для підключення сигнального кабелю Згідно ФІГ 2, перший та другий магніти розташовані «послідовно» один за другим (до N - полюса першого магніту направлений S - полюс другого магніту), внаслідок чого вони притягуються один до другого Силові ЛІНІЇ, ЩО створюються обома магнітами, проходять крізь перемичку, стойки та наконечники і замикаються через метал трубопроводу (див малюнок 2) Третій постійний магніт 7 встановлений паралельно нижнім граням першого 2 і другого З постійних магнітів, з деяким повітряним зазором ВІДНОСНО НИХ Третій та четвертий ПОСТІЙНІ магніти 7 і 8 направлені один до другого однойменними полюсами, в результаті чого вони відштовхуються Стойки 5, перемичка 4 і магніти 2 і 3 жорстко скріплені (например, гвинтами) На стійках 5 закріплений третій магніт 7, а на верхній площині корпуса ультразвукового датчика - четвертий магніт 8 Датчик розміщують всередині притискного пристосування так, щоб шипи 10 на його бокових поверхнях зайшли в пази 9 на внутрішніх поверхнях стійок Утримуючи датчик (він виштовхується із притискного пристосування за рахунок взаємодії магнітів 7 і 8), до стійок 5 за допомогою гвинтів кріплять наконечники 6 Притискне пристосування встановлюють на трубопроводі, як показано на Фіг 1 При цьому виникають сили «примагнічування» стійок 5 (через наконечники 6) до металу трубопроводу 11 Датчик притискується до поверхні трубопроводу з зусиллям 15-20кГ за рахунок сил відштовхування магнітів 7 і 8 Із Фіг 1 видно, що величина зазору між поверхнею трубопровода і наконечником може бути мінімізована шляхом вибору кута у нахилу нижньої площини наконечника Щоб забезпечити міцне утримування притискного пристосування на трубах різних діаметрів, доцільно використовувати ряд наконечників з різними вуглами у Адаптація притискного пристосування до діаметра трубопроводу виконується вибором «найбільш підходящої» пари наконечників 6 Пункт 2 формули обумовлює, що для виготовлення перечислених вузлів притискного пристосування-перемички, стійок та наконечників - треба застосовувати матеріали, що мають властивість намагнічуватись (ферромагнетики) Пункт 3 формули обумовлює конструктивну особливість заявленого пристрою - наконечники виконані знімними, що дозволяє при необхідності виконувати їх заміну Згідно П 4 формули, для монтажу на трубопроводах різного внутрішнього діаметру Dy, доцільно використовувати наконечники кількох варіантів виконання, наприклад - варіант 1 - для Dy від 50 до 72мм, - варіант 2 - для Dy від 72 до 150мм, - варіант 3 - для Dy від 150 до 380мм, - варіант 4-для Dy від 380 до 1600мм Пункт 5 формули обумовлює найбільш доцільний спосіб рухомого кріплення датчика для утримання його всередині притискного пристосування, Переваги пристрою, що заявляється, слідуючі 1 Притискне пристосування забезпечує оперативний монтаж датчиків ультразвукових витратомірів на стальних та чавунних трубопроводах 2 За рахунок гарного магнітного контакту наконечників з трубопроводом забезпечується підвищена в порівнянні з прототипом сила «примагнічування» притискного пристосування до трубопроводу 3 Датчик придавлюється до поверхні трубопроводу за рахунок магнітних сил відштовхування від притискного пристосування, що гарантує нормоване зусилля притиску і його стабільність незалежно від діаметра трубопроводу, строку і умов експлуатації Установочна партія ультразвукових датчиків з магнітним притискними пристосуваннями успішно пройшла випробування на водо- та нафтопроводах України Датчики з магнітним притискними пристосуваннями поставляються замовникам в складі мобільних ультразвукових витратомірів УВР-011 59701 Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна