Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИХРЕВОГО КОМПОНЕНТА. СКОРОСТИ ПОТОКА, содержащее импульсный генератор, вы ход которого через усилитесь мощности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два канала измерения, каждый из которых состоит из последовательнасоединенных .приемного усилителя, амплитудного детектора и нормализатора уровня, выходы нормализаторов уровня один непосредственно, а второй через блок задержки подключены к входам вычитающего устройства, выход которого через первый-нуль-орган подключен к первым входам первого и второго триггеров .и к управляющему входу первого ключа, интегратор, вход которого через первый, ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления , подключенный к входу импульсного генератора, управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, отличающееся тем, что, с целью повьииения точности измерения, в него введены п акустических преобразователей , расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган , инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ,.первая и вторая схемы совпадений, первый и второй счетчики импульсов, ге ,нератор образцовой частоты, цифровое квадрирующее, делительное и отсчетное устройства, причем каждый из h акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер , одновибратор, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСГЬ, первую схему совпадений и.-первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового , делительного устройства, второй вход S которого через цифровое кваддаирующее (Л устройство,второй счетчик импульсов и вторую схему совпадений подключен к единичному выходу первого триггера а выход - к цифровому отсчетному устройству, выход генератора образ- .§ цовой частоты подключен к вторым входам ттервой и второй схем совпадений , вторые входы первого и второго .счетчиков импульсов подключены к .блоку управления, вход инвертора пода: Т лючен к выходу нормализатора.уров ня первого канала, а выход через второй ключ подключен к первому вхо 4: ду интегратора, нулевой выход перО5 вого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и входу первого триггера , выход второго триггера подключен к управляющему/входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

Olg„-.;-„--,";;;,,1 >- ;,й аждае, вил В сзр. J

СОЮЗ COSETGHHX

СОф4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 0% (10

ЗВВ ь 01 Р 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТНРЬГИЙ (21) .3391084/18-10 (22) 05,.02. 82 (46) 07.05.83. Бюл. 9 17 (72) В.Д. Погребенник, M.M. Коропецкий,, И.В. Петрушко и Ю.В. Бадзян (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (53) 681.89(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 822038, кл. G 01 Р 5/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2989828, 04.10.80. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВИХРЕВОГО КОМПОНЕНТА СКОРОСТИ ПОТОКА, содержащее импульсный генератор, выход которого через усилитель мощности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два канала измерения, каждый из которых состоит из последовательна соединенных приемного усилителя, амплитудного детектора и нормализатора уровня, выходы нормализаторов уровня один непосредственно, а второй .через блок задержки подключены к входам вычитаю-щего устройства,. выход которого через первый. нуль-орган подключен к первым входам первого и второго триггеров и к управляющему входу первого ключа, интегратор, вход которого через первый. ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления, подключенный к входу импульсного генератора, управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены и акустических преобразователей, расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган, инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первая и вторая схемы совпадений, первый и второй счетчики импульсов, генератор образцовой частоты, цифровое квадрирующее, делительное и отсчетное устройства, причем каждый из ь акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер, одновибратор, логический элемент

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первую схему совпадений и. первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового делительного устройства, второй вход Е которого через цифровое квадрирующее устройство, второй счетчик импульсов и вторую схему совпадений подключен к единичному выходу первого триггера, а выход — к цифровому отсчетному устройству, выход генератора образ- Я цовой частоты подключен к вторым входам первой и второй схем совпадений; вторые входы первого и второго счетчиков импульсов подключены к ,блоку управления, вход инвертора под включен к выходу нормализатора.уровня первого канала, а выход через второй ключ подключен к первому вхо-, ду интегратора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и входу первого триггера, выход второго триггера подключен к управляющему входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

1016746

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вихревого компонента скорости потока.

Известно устройство для измерения вихревого компонента скорости пото- 5 ка, содержащее два обратимых акустических преобразователя, и отражателей, коммутатор и измерительную схему, состоящую иэ генератора импульсов, двух усилителей мощности, 10 двух приемных усилителей, двух амплитудных детекторов, двух нормализаторов уровня, формирователя, двух .

:преобразователей, блока задержки, двух ключей, одновибратора, руль-органа, двух триггеров, блока квантования и блока управления f1 ).

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения

20 из-за замкнутости акустического конНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения вихревого компонента скорости. потока, содержащее два обратимых акустических преобразователя, отражателей, расположенных в вершинах многоугольника,.имцульсный генератор, два усилителя мощности, коммутатор, блок управления, два измерительных канала, каждый иэ которых состоит иэ последовательно соединенных приемного усилителя, амплитудного детектора и.нормализатора уровня, а также .блок задержки, вычитающее устройст- 35 во, нуль-орган, три триггера, источник опорного напряжения, четыре интегратора, два ключа, одновибратор, две схемй сравнення, блок задания начальных условий и демодулятор j2 3, 40

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, :обусловленная раэомкнутостью акусти ческого контура и сложностью юстировки узконаправленных акустических преобразователей и отражателей.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, 50 .содержащее импульсный генератор, выход которого через усилитель мощ.ности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два канала измерения, каждый из которых 55 . состоит из последовательно соединен, ных приемного усилителя, амплитудно го детектора и нррмализатора уровня, выходы нормалнзаторов уровня один непосредственно, а второй через 60 блок. задержки подключены к входам вычитающего устройства, выход которо"

ro через первый нуль-орган подклю-чен к первым входам первого и. второ- го TpHrrepos .и к управляккцему входу 65 первого ключа, интегратор, вход которого через первый ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления, подключенный к входу импульсного генератора, управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, введены и акустических преобразователей, расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган, инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первая и вторая схемы совпадений, первый и второй счетчики импульсов, генератор образцовой частоты, цифро вое квадрирующее, делительное и отсчетное устройства, причем каждый нэ и акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер, одновибратор, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первую схему совпадений и первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового делитедьного устройства, второй вход которого через цифровое квадрирующее устройство, второй счетчик импульсов и вторую схему, совпадений подключен к единичному выходу первого триггера, а выход — к циФровому отсчетному устройству, выход генератора образцовой частоты подключен к вторым входам первой и второй схем совпадений, вторые входы первого н второго счетчиков импульсов подключены .к блоку управления, вход инвертора подключен к выходу нормализатора уровня первого канада, а выход через второй ключ подключен к первому входу интегратора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и входу первого триггера, выход второго триг+ гера подключен к управляющему входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

На фиг. 1 представлена структурная схема; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит акустические преобразователи 1 „ — 1, образующие вершины многоугольника, блок 2 управления, коммутатор 3, приемные усилители 4 и 5, усилитель б мощности, амплитудные детекторы 7 и 8, импульсный генератор 9; первый 10 и второй

11 нормализаторы уровня, блок 12 задержки, вычитающее устройство 13, инвертор 14,первый ключ 15, второй ключ 16, первый нуль-орган 17, интегратор 18, третий ключ 19, первый триггер 20, второй нуль-орган 21, второй триггер 22, одновибратор 23, логический элемент 24 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератор 25 образцовой частоты, первую 26 и вторую 27 схемы

1016746 совпадений, первый 28 и второй 29 счетчики импульсов, цифровое квадрирующее 30, делительное 31 и отсчетное 32 устройства.

Устройство работает следующим образом. 5

В исходном состоянии коммутатор

3, ключи 15, 16 и 19 разомкнуты, триггера 20 и 22 находятся в нулевом состоянии.

Измерение вихревого компонента . )О скорости потока в предлагаемом устройстве происходит за п тактов, задаваемых блоком 2 управления.

В первом .такте в момент времени по.команде блока 2 управления (фиг. 2a ) запускается импульсный ге-. нератор 9 (фиг. 2 б), первый триггер

20 устанавливается в единичное сос-. тояние (фиг. 23)< открывает вторую схему 2.7 совпадений, замыкает третий 0 ключ 19-и соединяет вход интегратора.

18 с общей шиной, интегратор 18 гереводится в режим задания нулевых начальных условий. Импульсы с генератора 25 образцовой частоты начина- ют поступать на второй счетчик 29 импульсов (фи г, 2 и ),. Коммутатор 3 подключает к акустическому преобразователю 1 -усилитель 6 мощности, а к акустическим преобразователям 1 и 1, — приемные. усилители .4 и 5.

Импульс заданной длительности и час-тоты, сформированный генератором

9, после усиления по мощности при помощи усилитеЛя 6-поступает на акустический .преобразователь 1„, располо-35 женный в одной вершине многоугольника.

Преобразователь. 1 излучает акус-

1 тический импульс, который принимается соседними преобразователями

12 и 1. в моменты времени t2 и (t + „} . 40

Выходные сигналы преобразователей 1> и 1 д через коммутатор 3 поступают на приемные усилители 4 и

5, затем подвергаются- амплитудному детектированию. при помощи блоков 7 и 8 и нормализации по уровню при помощи блоков, 10 и 11 (фиг. 2 б, ъ).

Выходной сигнал первого нормалиэатора 10 непосредственно, а второго нормализатора 11 через блок 12 задержки (фиг. 2 д), поступает на входы вычитающего устройства 13. В результате текущее - значение. выходного напряжения вычитающего устройства 13 равно (фиг. 2 е) U „()= 3()„H)-02И-"-,)3,() где К8 — коэффициент передачи вычи.тающего устройства 13;. .U<(t) — выходной сигнал нормалиэа- бО тора 10.;

U>)t-ig - выходной сигнал нормали эатора 11; сдвинутый по . времени на отрезок при помощи блока 12 задержки.

В моменты перехода выходного напряжения вычитающего устройства через нулевой уровень срабатывает нуль-ор" ган 17 (фиг. 2ж), В момент времени выходной сигнал нуль-органа откры2 вает первый ключ 15 и переводит первый триггер 20 в нулевое состояние.

При этом третий ключ 19 размыкается, схема 27 совпадений закрывается и счетчик 29 прекращает счет поступив" ших на него импульсов с генератора;

25 образцовой частоты. Код é-, эа1 фиксированный в счетчике 29, пропорционален времени прохождения Ж;, акустических сигналов между излучакнцим и приемным преобразователями во вращающейся жидкости.

В момент времени t интегратор 18 переводится.в режим ийтегрирования выходного напряжения вычитающего устройства 13 (фиг. 2.a), причем его выходное напряжение имеет вид

t„

0 ()= . Ов,(ма+, (2)

Ф2 где „ — постоянная времени интег.ратора 18..

Практически форма выходных импульсов нормализаторов уровней 10 и 11 может быть сделана близкой к трапецеидальной (фиг. 2 в, 1.), в результате на выходе вычитающего устройства

13 импульс имеет также трапецеидальную форму. Учитывая вышесказанное, выходное напряжение интегратора 18 примет вид

+(, о„(ч= — u, (з) 3 где „вЂ” временной сдвиг между принятыми си гналами, обусловленный наличием вихря в жидкости;

Uo — уровень Ограничения нОрмализаторов 10 и 11.

B момент вреь ени t выходной сигнал нуль-органа 17 размыкает. первый ключ 15„ переводит второй триггер

22 в единичное состояние. (фиг. 2 и ), в результате чего второй ключ 16 замыкается (фиг..2к) и на вход интегратора 18 подается выходное напряжение первого нормалиэатора 10, проинвертированное с масштабным коэффициентом К

Выходное напряжение интегратора

18 начинает уменьшаться (фиг. 2n) и, когда оно достигнет нулевого уровня (момент времени t ), срабатывает второй нуль-орган 21, который переводит триггер 22 в нулевое состояние и размыкает ключ 16.

1016746

На выходе триггера 22 формируется временной интервал 7|,, равный 7и1= кв (> + Гэ) (4)

Выходной сигнал триггера 22 посту- пает на логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и запускает одновибратор

23, длительность импульса которого равна К „(Фиг. 2 м) . Выходной сигнал одновибратора 23 подается на второй вход логического элемента

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, и на выходе последнего формируется временной интервал длительностью К Г, (фиг. 2 м)

При этом в момент времени t+ открывается первая схема 26 совпадений, и импульсы с генератора 25 образцовой частоты поступают в течение интервала К г„ на первый счетчик импульсов 28 (фиг. 2 o) . В момент времени t > схема 26 совпадений закры- . 20 вается и счетчик 28 прекращает счет поступивших импульсов. Выходной код счетчика 28, равный М, поступает

61У на один вход цифрового делительного устройства 31, на другой вход кото- 25 рого подается выходной код Мт„с цифрового квадрирующего устройства

30, входом соединенного с выходом : + счетчика 29 импульсов (фиг. 2п) .

На выходе делительного устройства 30

31 формируется код М, равный

Й С.

)4 «)< " (6)

1 )42

35 где К., — коэффициент пропорциональности.

Код Й„ поступает на цифровое отсчетное устройство 32.

Затем наступает второй такт работы40 устройства. Коммутатор 3 подключает к акустическому преобразователю 12 усилитель 6 мощности, а к акустическим преобразователям 1„ и 1 — приемные усилители 4 и 5. Далее происходит процесс излучения преобразователем 1 и приема акустических сигналов преобразователями 1 „ и 13 °

Затем измеряется разность времен прихода 7 и время Т прохождения сигналов между иэлучаеням и приемно преобразователями. Во втором такте счетчик 28 фиксирует код(К„М +К М ) а счетчик 29 — код (Мт + М)- ) . Йа выходе делительного устройства 31 формируется код, равный

К1HС к2й

N = " "i f6) который подается на цифровое отсчетное устройство 32.

Аналогично происходит работа устройства в третьем и последующих тактах работы устройства.

В и -ом такте преобразователь 1> работает в качестве излучателя, а преобразователи 1„ и 1„ „ работают на прием. По окончании и -го такта на цифровом отсчетном устройстве 32 появляется результат измерения при

К = К2= ...= К = К1 и

Таким образом, выходной код устройства после и -го такта работы пропорционален среднему значению. вихревого компонента скорости потока. кк (. Е:) )

- -.. ° к ф= и го1 V 25 1 ®

) 25T где Г и Т вЂ” соответственно разность времен и время прохождения сигналов по периметру многоугольника Е.

После окончания всего цикла измереййй выходной сигнал блока 2 управления сбрасывает счетчики 28 и

29 в -нулевое состояние и все устройство приходит в исходное состояние.

В результате использования ненаправленных акустических преобразователей их юстировка существенно упрощается. В устройстве нет ограничений на размеры акустического контура, выполненного в виде многоугольника, что позволяет измерять вихревой компонент скорости потока на большой площади. В предлагаемом устройстве отсутствует погрешность вследствие разомкнутости акустического контура, так как за е тактов работы акустический луч проходит по замКнутому койтуру.

1016746

1016746

Составитель И. Сазонов

Редактор А. Курах Техредс.Мигунова Корректор О. Билак

ФФ ю Заказ 3380/46, Тираж 873 Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета СССР ло.делам изобретений и открытий

113035, Москва, М-35, Раущская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, .ул. Проектная -, 4