Ультразвуковой измеритель скорости движения среды

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет увеличить точность измерения. Излучатели 5 и 6 излучают ультразвуковые колебания навстречу друг другу в полости компенсационного канала 2 (КК).Под действием внешних факторов изменяется длина стоячих волн трубопровода 1 и КК 2. На приемнике 8 появляется сигнал рассогласования, который подается на вход схемы 1I управления частотой возбуждения и вызывает плавное изменение частоты задающего генератора 10 до тех пор, пока на приемнике 8 вновь не установится минимальная амплитуда. Так поддерживается постоянной длина стоячей волны трубопровода 1, поскольку при любой частоте возбуждения длины стоячих волн трубопровода 1 и компенсационного канала 2 одинаковы. 1 ил. с $ СЛ л1. 1 LА/ f 05 1Г

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 А1 (19)SU (III (5!j 4 G 01 F 1 бб

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3597699/24-10 (22) 30.05.83 (46) 15,12.86, Бюл. К - 46 (71) Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) С.А.Белозеров (53) 681.121 (088.8) (56) Биргер P.È., Бражников Н.И, Ультразвуковые расходомеры. M.. Металлургия, 1964, с. 47-53, 160-162, 226 °

Бражников Н.И.Ультразвуковая фазометрия, M. . Энергия, 1968, с. 231. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет увеличить точность измерения. Излучатели

5 и 6 излучают ультразвуковые колебания навстречу друг другу в полости компенсационного канала 2 (КК) Под действием внешних факторов изменяется длина стоячих волн трубопровода 1 и КК 2. На приемнике 8 появляется сигнал рассогласования, который подается на вход схемы 11 управления частотой возбуждения и вызывает плавное изменение частоты задающего генератора 10 до тех пор, пока на приемнике 8 вновь не установится минимальная амплитуда. Так поддерживается постоянной длина стоячей волны трубопровода 1, поскольку при любой частоте возбуждения длины стоячих волн трубопровода 1 и компенсационного канала 2 одинаковы. 1 ил.

1276910 2

Излучатели 3 и 4 излучают ультразвуковые колебания по потоку и против него. При отсутствии движения среды амплитуда электрического сигнала на выходе приемника 7 равна нулю. При движении среды, измеряя амплитуду сигнала на выходе приемника 7, учитывая амплитуды волн и скорость звука в среде, вычисляют скорость звука в среде и скорость потока.

Зависимость фазового сдвига в точке, равноудаленной от излучателей

3 и 4, от скорости потока выражается

15 Формулой:

ДУ= — — v

Lof (1)

2с" где L — расстояние между излучателями, с — скорость звука в среде>

v — скорость потока;

21ГЕ=и1- круговая частота колебания, Х вЂ” частота работы генератора 10.

Следовательно, зависимость амплитуды сигнала на выходе приемника 7 от скорости потока выражается формулой ."

Ьит

U< = 2А sin(--у-ч), 2с

30 где А — амплитуда отдельного ультразвукового колебания °

Формула (2) верна при условии работы излучателей 3 и 4 в противофазе, т. е. в случае включения их различной полярностью.

Формулу (2 ) можно пр ед ставить в виде .

Целью изобретения является увеличение точности измерения.

На чертеже схематично изображен предлагаемый измеритель.

Измеритель скорости содержит трубопровод 1, компенсационный канал 2, излучатели 3-6 и приемники 7-9 ульт- развуковых колебаний, задающий генератор 10, схему 11 управления частотой возбуждения, схемы 12 и 13 измерения амплитуды электрических сигналов, схему 14 измерения частоты возбуждения и вычислитель 15, Излучатели 3-6 и вход схемы 14 измерения частоты возбуждения соединены с выходом задающего генератора

10, причем излучатели 3 и 4 включены различной полярностью. Вход задающего генератора 10 подключен к выходу схемы 11 управления частотой возбуждения, вход которой соединен с выходом приемника 8. Выход приемника 7 подключен к входу схемы 12 измерения электрического сигнала, а выход приемника 9 — к входу схемы

13 измерения амплитуды электрического сигнала. Выходы схем 12, 13 и 14 измерения соединены с соответствующими входами вычислителя 15.

Излучатели 3 и 4, а также излучатели 5 и 6 направлены навстречу друг другу, Компенсационный канал 2 представляет собой полость, заполненную средой того же состава, плотности и температуры, что и среда трубопровода 1. Полость компенсационного канала 2 соединена с полостью трубопровода 1, например, отверстиями в. их корпусах, Схема 11 управления частотой возбуждения содержит, например, формирователь уровня напряжения смещения и несколько варикапов, включенных в частотно-задающую цепь задающего генератора 10.

Схемы 12 и 13 измерения амплитуд электрических сигналов, схема 14 измерения частоты воэдуждения.и вьг;;слитель 15 составляют устройство измерения и обработки информации.

Ультразвуковой измеритеЛь скорости движения среды работает следующим образом. (2) L v

U = 2A sin_#_ -" — с (3) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения газообразных, жидких и сыпучих сред.

40 где g = с/f — длина стоячей волны, а измерительная формула устройстца имеет вид, U

v = Кс azcsin; —

2А (4)

45 где А — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции устройства.

Величина коэффицента К, зависящая от величины,, поддерживается постоянной соответствующим изменением частоты возбуждения задающего генератора 10, Дпя управления частотой задающего генератора 10 предназначены компенсационный канал 2 и схема

1! управления частотой возбуждения.

Поскольку полость компенсационного канала 2 соединена с полостью трубопровода 1, то при изменении хаBHHHIIH 3 аказ 6657/33 Тираж 705 Подписное

Произв.-полигр. пр — тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 1276 рактеристик среды трубопровода 1 аналогично изменяется характеристика среды компенсационного звука в среде рубопровода 1 и компенсационного канала 2. Отверстия в корпусе компенсационного канала 2 выполнены, например, друг напротив друга на противоположных сторонах компенсационного канала 2 таким образом, чтобы составляющая скорости движения среды 10 компенсационного канала 2 вдоль его оси была достаточно малой и не влияла на работу устройства.

Излучатели 5 и 6 излучают ультразвуковые колебания навстречу друг другу в полости компенсационного канала 2, Если под действием внешних факторов, например изменения температуры, изменяется скорость звука в иэмеряе- щ мой среде, то изменяется и длина стоячих волн трубопровода 1 и компенсационного канала 2. На приемнике 8 появляется сигнал рассогласования, Этот сигнал, попадая на вход схемы 21

11 управления частотой возбуждения, вызывает плавное изменение частоты задающего генератора 10 до тех пор, пока на приемнике 8 вновь не установится минимальная амплитуда сигна- 3О ла. Таким образом поддерживается постоянной длина стоячей волны тру бопровода 1, поскольку при любой частоте возбуждения длины стоячих волн трубопровода 1 и компенсационного канала 2 одинаковы.

Новое значение скорости звука в среде определяется из формулы с = fP, (5) где 3 — поддерживаемая длина волны, f — частота возбуждения.

Линейная зависимость f от с упрощает процесс определения величины скорости звука в среде.

Для повышения точности отслеживания приемник 8 необходимо располагать ближе к одному из излучателей.

При изменении амплитуды волн трубопровода 1, например, от изменения напряжения питания, во столько же О раз изменяется амплитуда суммы волн компенсационного канала 2 и соответ910 4 ственно изменяется амплитуда выходного сигнала приемника 9. Измеритель

13 определяет величину этой амплитуды, а вычислитель 15 производит окончательные вычисления. В случае одинаковости схем 12 и !3 измерения амплитуд при вычислен.и отношения их показаний устраняются систематические погрешности, что также повышает точность измерения. формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости движения среды, содержащий измерительный участок трубопроьода с двумя установленными на нем излучателями ультразвуковых колебаний, ориентированных по и против потока среды, приемник ультразвуковых колебаний, задающий генератор, связанный с излучателями, причем с одним из них— через фазовращатгль, схе измерения амплитуды сигнала, подключенную к приемнику, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, в устройство введены компенсационный канал с двумя излучателями и двумя приемниками, схема управления частоты возбуждения, схема измерения частоты возбуждения, вторая схема измерения амплитуды сигнала и вычислитель, а задающий генератор выполнен управляемым по частоте, причем задающий генератор выходом соединен с двумя излучателями измерительного канала и двумя излучателями компенсационного канала и через схему измерения частоты с вычислителем, а входом — со схемой управления частотой возбуждения, которая соединена с первым приеником компенсационного канала, расположенным в узле стоячей волны компенсационного канала, а второй приемник, расположенный в пучности стоячей волны компенсационного канала, через вторую схему измерения амплитуды соединен с вычислителем, при этом приемник измерительного канала через схему измерения амплитуды сигнала также соединен с вычислителем.