×
04.02.2020
220.017.fd08

Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения расхода жидкости в трубопроводе

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002712782
Дата охранного документа
31.01.2020
Аннотация: Предлагаемый способ относится к измерительной технике и может быть использован для измерения расхода жидкости с применением трибоэлектрического эффекта, электромагнитного явления и коррекционной обработки электрических сигналов. Отличительная особенность способа заключается в установке на измерительном участке трубопровода датчиков на расстояние λ. Полученные на выходе датчиков электрические сигналы усиливаются усилителями и подаются на коррелятор, состоящий из блока регулируемой задержки, перемножителя, фильтра нижних частот и экстремального регулятора. На выходе перемножителя выделяются низкочастотное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ), где τ - текущая временная задержка. Изменением текущей временной задержки τ обеспечивают максимальное значение коррекционной функции R(τ). Экстремальный регулятор поддерживает значение коррекционной функции R(τ) на максимальном уровне, воздействуют на управляющий вход блока регулируемой задержки. Максимальное значение коррекционной функции R(τ) обеспечивается при τ=τ. Определяют скорость V движущейся жидкости на измерительном участке трубопровода ее расход Q=S⋅V, где S - сечение измерительного участка трубопровода. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа путем определения скорости движущейся жидкости. 2 ил.

Предлагаемый способ относится к измерительной технике и может быть использован для измерения расхода жидкости с применением трибоэлектрического эффекта, электромагнитного явления и коррекционной обработки электрических сигналов.

Известны способы определения расхода жидкости, основанные на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления (авт. свид. СССР №№172.073, 224.826, 317.902, 1.185.090, 1.185.093, 1.394.041, 1.482.264, 1.649.279, 1.812.433; патенты РФ №№2.005.995, 2.023.985, 2.084.833, 2.190.190, 2.190.833, 2.242.721, 2.511.628, 2.574.321, 2.656.621; патенты США №№4.210.022, 4.339.958, 4.704.907; патенты Великобритании №№1.165.398, 2.166.550; патент ФРГ №2.756.837; патент Японии №56-54.566; Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества Л.: Машиностроение, 1989; Никитин В.И. Современные проблемы измерения малых расходов жидкости и газа. Измерительная техника, 1982, №2 и др.).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ определения расхода жидкости в трубопроводе» (патент РФ №2.656.621, G01F 1/58, 2017), который и выбран в качестве прототипа.

Известный способ основан на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления. Трибоэлектрический эффект заключается в том, что трении жидкости о внутреннюю поверхность измерительного участка трубопровода, выполненного из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью, протекающая жидкость заряжается отрицательно, а измерительный участок - положительно. При этом форма внутреннего сечения измерительного участка 9 трубопровода 1 в виде сужающихся и расширяющихся конусов обеспечивает увеличение степени трибоэлектризации и повышенный заряд протекающей жидкости. Однако противоположные заряды снижают степень поляризации протекающей жидкости. Для нейтрализации положительных зарядов измерительный участок 9 трубопровода 1 снабжают механическим заземлением 10.

Для создания большей турбулентности движения жидкости и повышения ее поляризации внутри измерительного участка 9 трубопровода 1 можно установить направляющие лопатки 11.

Известный способ обеспечивает повышение точности и чувствительности к малым расходам жидкости путем создания большей турбулентности движущейся жидкости и повышения ее поляризации, но не позволяет определять скорость движения жидкости.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем определения скорости движущейся жидкости.

Поставленная задача решается тем, что способ определения расхода жидкости в трубопроводе, заключающийся, в соответствии с ближайшим аналогом, в том, что выделяют напряженность поля в любой точке по периметру измерительного сечения трубопровода, связанную с электрическим зарядом жидкости, преобразуют ее с помощью трансформатора тока, охватывающего трубопровод, в электрический сигнал, пропорциональный расходу, при этом измерительный участок трубопровода выполняют из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательных соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабжают его металлическим заземлением, обеспечивая тем самым высокую степень поляризации движущейся жидкости, и направляющими лопатками, которые устанавливают в начале измерительного участка, обеспечивая тем самым закручивание движущейся жидкости и повышенную степень ее поляризации, отличается от ближайшего аналога тем, что устанавливают на измерительном участке два датчика, на расстояние λ друг от друга, формируют в них электрические сигналы, усиливают их, перемножают между собой, предварительно пропустив первый электрический сигнал через блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ), где τ - текущая временная задержка, изменением текущей временной задержки τ обеспечивают максимальное значение корреляционной функции R(τ), фиксируют временную задержку τ равную транспортному запаздыванию τт электрического сигнала второго датчика по отношению к электрическому сигналу первого датчика (τ=τт), поддерживают корреляционную функцию R(τ) на максимальном уровне, воздействуя на управляющий вход блока регулируемой задержки, и определяют скорость V движущейся жидкости на измерительном участке трубопровода

и ее расход Q=S-V,

где S - сечение измерительного участка трубопровода.

Предлагаемый способ реализуется устройством, структурная схема которого представлена на фиг. 1. На фиг. 2 изображен разрез трубопровода 1.

Устройство содержит трубопровод 1, на котором коаксиально установлено ферритовое кольцо 2 с обмоткой 3, помещенный в экран 4 с щелью 5. Обмотка 3 подключена к измерительному блоку 6, состоящему из усилителя 7 и регистратора 8. Трубопровод 1 содержит измерительный участок 9, выполненный из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов, и снабженный металлическим заземлением 10.

Сильную положительную трибоэлектрическую зарядную тенденцию имеют многие полимерные материалы, например политетрафторэтилен, нейлон и другие. В качестве металлического заземления используют металлические кольца 10, имеющие контакт с землей. В начале измерительного участка 9 установлены направляющие лопатки 11, обеспечивающие закручивание движущейся жидкости и повышенную степень ее полярности.

На измерительном участке 9 установлены датчики 12 и 13 на расстоянии λ (измерительная база), к которым подключены усилители 14 и 15 электрических сигналов. К усилителю 14 последовательно подключены блок 17 регулируемой задержки, перемножитель 18, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 15 электрического сигнала, фильтр 19 нижних частот и экстремальный регулятор 20, выход которого соединен с вторым входом блока 17 регулируемой задержки. Перемножитель 18, блок 17 регулируемой задержки, фильтр 19 нижних частот и экстремальный регулятор 20 образуют коррелятор 16. Шкала блока 17 регулируемой задержки непосредственно связана с индикатором 21 скорости движущейся жидкости.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Движущая жидкость со скоростью V трется о внутреннюю стенку трубопровода 1. Вследствие трибоэлектрического эффекта возникает разность потенциалов. При этом движущаяся жидкость электризуется с отрицательным знаком электрических зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле, величина которого пропорциональна скорости (расходу) измеряемой жидкости. В этом проявляется электромагнитное явление. Одновременно с этим на внутренней стенке трубопровода 1 образуются заряды противоположного знака по сравнению со знаком заряда движущейся жидкости. Степень поляризации значительно возрастает на измерительном участке 9 трубопровода 1 за счет двух факторов.

Первый фактор обусловлен тем, что измерительный участок 9 выполнен из полимерного материала и с внутренним переменным сечением, имеющим форму последовательно соединенных сужающихся и расширяющихся конусов. В качестве такого материала может быть использован нейлон, политетрафторэтилен и другие полимеры.

Второй фактор обусловлен тем, что в начале измерительного участка 9 установлены направляющие лопатки 11, которые обеспечивают закручивание движущейся жидкости по винтообразной траектории. Это повышает степень турбулентности и поляризации движущейся жидкости, что объясняется тем, что все внутренние слои жидкости начинают соприкасаться с внутренней поверхностью измерительного участка 9.

Образующиеся положительные заряды нейтрализуют некоторые отрицательные заряды жидкости в соответствии с законом Кулона, что значительно снижает степень поляризации движущейся жидкости. Для нейтрализации положительных зарядов измерительный участок 9 трубопровода 1 снабжены заземленными механическими кольцами 10. Заряды положительного знака внутренней поверхности измерительного участка 9 трубопровода 1 стекают сначала на металлические кольца 10, а затем на землю. Движущаяся жидкость представляет собой систему движущихся отрицательных зарядов и является током (конвективным), вокруг которого возникает магнитное поле, величина которого пропорциональна скорости V (расходу) измеряемой жидкости.

Величина напряженности Н магнитного поля равна

где У - величина конвективного тока;

Г - расстояние от поверхности трубопровода до его оси.

При движении жидкости по трубопроводу 1 возникает переменное магнитное поле вокруг измерительного участка 9 трубопровода 1. Это поле создает в обмотке 3, намотанной на ферритовое кольцо 2, ЭДС. Сигнал с выхода обмотки 3 поступает на вход измерительного блока 3, в котором сигнал усиливается в усилителе 7 и фиксируется в регистраторе 8. Величина сигнала пропорциональна скорости V (расходу) жидкости.

На измерительном участке 9 трубопровода 1 устанавливают датчики 12 и 13 на расстояние λ друг от друга (измерительная база), в качестве которой могут быть использованы электроды. Полученные на выходе датчиков 12 и 13 электрические сигналы u1(t) и u2(t) ≈ u1(t-τ) усиливаются усилителями 14 и 15 и подаются на коррелятор 16, состоящий из блока 17 регулируемой задержки, перемножителя 18, фильтра 19 нижних частот и экстремального регулятора 20. На выходе перемножителя 18 фильтром 19 нижних частот выделяются низкочастотное напряжение, пропорциональное корреляционной функции

где Т - период интегрирования интегратора (фильтра нижних частот) или постоянная времени слаживающего фильтра, Т=RC;

τ - текущая временная задержка.

Изменением текущей временной задержки τ обеспечивают максимальное значение коррекционной функции R(τ). Экстремальный регулятор 20 поддерживает значение коррекционной функции R(τ) на максимальном уровне, воздействуют на управляющий вход блока 17 регулируемой задержки. Шкала блока 17 регулируемой задержки градуируется непосредственно в значениях скорости движения жидкости

где τт - транспортное запаздывание сигнала второго датчика 13 по отношение к сигналу первого датчика 12.

Максимальное значение коррекционной функции R(τ) обеспечивается при τ=τт.

Определив и зная сечение S трубопровода, можно определить расход Q движущейся жидкости по формуле

Таким образом, предлагаемой способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает не только повышение точности и чувствительности к малым расходам жидкости, но и определение скорости движущейся жидкости.

Это достигается созданием большей турбулентности движущейся жидкости и повышением ее поляризации за счет закручивания движущейся жидкости по винтообразной траектории. Указанное обстоятельство объясняется тем, что почти все внутренние слои движущейся жидкости начинают соприкасаться с внутренней поверхностью измерительного участка 9 трубопровода 1.

За счет установки на измерительном участке 9 двух датчиков 12 и 13, в качестве которого могут быть использованы электроды, на расстоянии λ друг от друга (измерительная база) и корреляционной обработки электрических сигналов, формируемых датчиками, можно определить скорость движущейся жидкости а зная сечение S измерительного участка 9, можно определить расход движущейся жидкости Q=SV. Следовательно, к определению расхода движущейся жидкости используют два подхода. Первый подход основан на использовании трибоэлектрического эффекта и электромагнитного явления. Второй подход основан на использовании двух датчиков, в качестве которых могут быть электроды, и коррекционной обработки электрических сигналов, формируемых датчиками.

Указанные два подхода обеспечивают определение расхода жидкости в широком диапазоне возможных значений.

Практическая реализация способа не вызывает технических затруднений.

Тем самым функциональные возможности известного способа расширены.


Способ определения расхода жидкости в трубопроводе
Способ определения расхода жидкости в трубопроводе
Способ определения расхода жидкости в трубопроводе
Способ определения расхода жидкости в трубопроводе
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-106 of 106 items.
21.06.2020
№220.018.2942

Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях арктики

Предлагаемая система относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, а именно состояния атмосферы и льда с одновременным определением координат собственного местонахождения навигационных комплексов и передачи полученной информации по радиоканалам, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723928
Дата охранного документа: 18.06.2020
04.07.2020
№220.018.2eb0

Способ и устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. В способе проводят оценку состава почвы возделываемого угодья и ее продукционного потенциала по пробам почвы, контроль состояния развития сельскохозяйственных культур по их видеоизображениям, полученным с помощью модуля визуального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725482
Дата охранного документа: 02.07.2020
06.07.2020
№220.018.2feb

Способ радиочастотной идентификации крупного и мелкого рогатого скота и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к животноводству, в частности к скотоводству, охоте, лесному и подсобному хозяйствам, и может быть использована для идентификации и соблюдения ветеринарно-санитарных правил содержания животных. Способ радиочастотной идентификации крупного и мелкого рогатого скота...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725728
Дата охранного документа: 03.07.2020
21.07.2020
№220.018.3513

Способ мониторинга состояния дрейфующего ледяного поля или припая и прогноза его разлома при сжатии льдов и воздействии волн зыби

Изобретение относится к ледоведению и ледотехнике и служит для прогноза момента образования трещин или разлома ледяного поля. Система, реализующая способ мониторинга состояния дрейфующего ледяного поля или припая и прогноза его разлома при сжатии льдов и воздействии волн зыби, содержит четыре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002727081
Дата охранного документа: 17.07.2020
23.05.2023
№223.018.6ec0

Способ контроля транспортных средств и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству контроля транспортных средств. Способ контроля транспортных средств, при реализации которого размещают стационарный пункт контроля, оснащенный блоком дистанционной связи и связанным с ним компьютером, снабженным блоком ввода в него цифровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002745459
Дата охранного документа: 25.03.2021
23.05.2023
№223.018.6f07

Способ мониторинга состояния подземных сооружений метрополитена и система для его реализации

Группа изобретений относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности мониторинга состояния подземных сооружений метрополитена путем ослабления узкополосных помех. Для этого предложена система для мониторинга состояния подземных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002740514
Дата охранного документа: 15.01.2021
Showing 171-180 of 194 items.
07.03.2020
№220.018.0a56

Система интеллектуального управления и контроля параметров и режимов работы машин и оборудования ферм по производству молока

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к оборудованию ферм по производству молока. Выходы измерителей (7)-(12) через модуль сбора данных соединены с входом компьютера фермы (14). На второй вход компьютера фермы через регистратор визуального контроля (16) подаются сигналы с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716059
Дата охранного документа: 05.03.2020
13.03.2020
№220.018.0ae9

Система поддержки принятия решений по восстановлению зданий

Изобретение относится к вычислительной, информационно-аналитической технике и может быть использовано в целях управляемой эксплуатации зданий организаций и предприятий с целью планирования восстановления. Технический результат заключается в автоматизации и поддержке принятия управленческих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716351
Дата охранного документа: 11.03.2020
19.03.2020
№220.018.0d96

Способ контроля подлинности и перемещения сельскохозяйственной продукции и система для его реализации

Предлагаемые способ и система относятся к средствам информационного обеспечения в сетях удаленного доступа, направленным на идентификацию сельскохозяйственной продукции, поступающей на реализацию. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716905
Дата охранного документа: 17.03.2020
15.04.2020
№220.018.147e

Система дистанционного контроля и управления солнечным концентраторным модулем

Предлагаемая система относится к гелиотехнике, в частности к средствам управления солнечным концентраторным модулем для получения электрической и тепловой энергии. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718687
Дата охранного документа: 13.04.2020
03.06.2020
№220.018.23b6

Система местоопределения и диспетчеризации мобильных бригад скорой помощи

Изобретение относится к системам дистанционного контроля за передвижением машин скорой помощи. Система местоопределения и диспетчеризации мобильных бригад скорой помощи содержит спутники навигационной системы, ретранслятор с приемопередающей антенной, диспетчерский пункт, машины скорой помощи,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722518
Дата охранного документа: 01.06.2020
17.06.2020
№220.018.2706

Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Изобретение относится к спутниковым системам для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), предающих радиосигналы бедствия. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности принимаемых сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления ложных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723443
Дата охранного документа: 11.06.2020
17.06.2020
№220.018.2734

Способ обнаружения и высокоточного определения параметров морских ледовых полей и радиолокационная система для его реализации

Предлагаемые способ и система относятся к информационно-измерительной системе и могут быть использованы в радиолокационной технике для высокоточной оценки ледовой обстановки в районах морской добычи и транспортировки нефтегазовых ресурсов. Техническим результатом изобретения является повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723437
Дата охранного документа: 11.06.2020
21.06.2020
№220.018.287b

Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления

Предлагаемые способ и устройство относятся к технике обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, в частности к способам и устройствам для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ в различных закрытых объемах и на теле человека, находящегося в местах массового скопления людей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723987
Дата охранного документа: 18.06.2020
21.06.2020
№220.018.2942

Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях арктики

Предлагаемая система относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, а именно состояния атмосферы и льда с одновременным определением координат собственного местонахождения навигационных комплексов и передачи полученной информации по радиоканалам, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723928
Дата охранного документа: 18.06.2020
24.06.2020
№220.018.29bc

Способ материально-технического обеспечения управления местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры и система для его реализации

Изобретение относится к базирующейся на глобальной системе местоопределения системе управления материально-техническим обеспечением. Система материально-технического обеспечения с управлением местоположением транспортного средства, реализующая предлагаемый способ, содержит глобальную систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724079
Дата охранного документа: 19.06.2020
+ добавить свой РИД