Устройство для измерения скорости газа в трубе

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГАЗА В ТРУБЕ(71) Заявитель Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси(72) Авторы Костюкевич Евгений Алексеевич Чивель Юрий Александрович(73) Патентообладатель Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси(57) Устройство для измерения скорости газа в трубе, содержащее источник и приемник слабого акустического возмущения, отличающееся тем, что источником слабого акустического возмущения является импульсный лазер, а приемником служит оптически связанный с ним лазерный интерферометр. 5405 1 Устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано при экспериментальных исследованиях в гидро- и газодинамике, при контроле технологических процессов в химической промышленности, а также при измерениях расхода и количества жидких и газообразных веществ. Известно устройство (Цейтлин В.Г. Техника измерения расхода и количества жидкостей, газов и паров. - М. Изд-во стандартов. 1981. - С. 83-84), содержащее механизм,периодически создающий в потоке какую-либо метку, за перемещением которой можно проследить, регистратор моментов прохождения метки и датчик продолжительности перемещения этой метки на фиксированное расстояние. Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения, обусловленная большой неопределенностью в регистрации моментов прохождения метки. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является описанное в патенте Японии (11) 3-63686, 011/708, 1993 Способ измерения расхода газа устройство, содержащее источник и приемник слабых акустических возмущений,расположенные в трубопроводе. Источником служит периодически срабатывающий ударный механизм. Датчик, являющийся приемником слабых возмущений, регистрирует время, за которое возмущение проходит фиксированное расстояние. По времени перемещения возмущения вычисляют скорость движения газового потока в трубопроводе и из полученных данных определяют расход газа. Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений, связанная с тем, что источник и приемник слабых возмущений, расположенные в потоке газа, имеют конечные размеры, из-за чего происходит изменение характера течения в трубопроводе. Задачей данного изобретения является создание устройства для измерения скорости газа, которое обеспечивало бы повышенную точность измерения скорости газового потока. Для выполнения поставленной задачи нами предложено устройство, состоящее из источника и приемника слабого акустического возмущения. Новым, по мнению авторов, является то, что источником слабого акустического возмущения служит импульсный лазер, а приемником является оптически связанный с ним лазерный интерферометр. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлен общий вид предлагаемого устройства (фиг. 1) и варианта его выполнения (фиг. 3). Устройство содержит источник слабых акустических возмущений, в качестве которого используется импульсный твердотельный лазер 1 с фокусирующим объективом 2, приемник акустических возмущений, роль которого выполняет визуализатор оптических неоднородностей, например лазерный интерферометр 3, который располагается на фиксированном расстоянии от оси твердотельного лазера, и осциллограф 4, регистрирующий сигнал с приемника 3. Устройство работает следующим образом. Излучение импульсного твердотельного лазера 1, сфокусированное объективом 2 на ось трубопровода, вызывает мгновенный локальный разогрев газа, что приводит к формированию в потоке слабого акустического возмущения, увлекаемого потоком со скоростью п (фиг. 1). Передний фронт возмущения, имеющий сферическую форму, распространяется со скоростью ф. Пересекая зондирующий луч приемника 3, фронт возмущения вынуждает этот луч отклониться от первоначального направления, что приводит к изменению сигнала с воспринимающего элемента приемника 3 (фиг. 2). Таким образом, осциллограф 4 зарегистрирует моменты подачи импульса твердотельного лазера и перемещения фронта возмущения на фиксированное расстояние между фокусом объектива 2 и зондирующим лучом приемника. Отсюда, зная скорость распространения фронта возмущения в неподвижном газе, можно определить скорость потока. Схема второго варианта конструкции заявляемого устройства приведена на следующем чертеже (фиг. 3). Устройство содержит источник слабых акустических возмущений, в 2 5405 1 качестве которого используется импульсный твердотельный лазер 1 с объективом 2, и два приемника акустических возмущений, роль которых выполняют два лазерные интерферометра 3, установленные на равных расстоянияхвыше и ниже по потоку от оси твердотельного лазера 1. Осциллограф 4 регистрирует времена 1 и 2 распространения фронта возмущения на расстояниевверх по потоку со скоростью (ф - п) и вниз по потоку со скоростью (фп) (фиг. 4). Зная расстояние , можно записать(фп) - (ф - п)2 п/2 - /1 Отсюда п 0,5(1/21) Иными словами, в данном варианте не требуется знание скорости распространения фронта возмущения, что повышает точность измерений. Таким образом, использование в предлагаемом устройстве нового принципа создания акустических возмущений обеспечивает возможность бесконтактного выполнения измерений, тем самым приводя к снижению погрешностей в измеряемых величинах. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.