Ультразвуковой измеритель скорости потока

 

Изобретение может быть использовано при исследованиях в области жнд . кости и газа. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство работает в два такта - по потоку и против потока, а их чередование обеспечивают генератор 13 совместно с коммутатором 6. В каждом такте образуются опорный и информационный сигналы . Нормированные опорные импульсы поступают на вход преобразователя 12 с обратной зависимостью. Нормированные информационные импульсы поступают на вход дискриминатора 1 1 времени. При появлении опорного импульса на выхо- . де усилителя-Формирователя 10 преобра- , зователь 1 2 формирует импульс, длительность которого обратно пропорциональна приложенному напряжению и который поступает на вход дискриминатора 1 1 времени , сравнивающего спад выходного импульса преобразователя 12 с моментом регистрации информационного ультразвукового импульса, поступающего на его другой вход. В такте против потка работа устройства аналогична. Блок 20 вычислений определяет разность выходных напряжений интеграторов 17 и 18, которая регистрируется индикатором 21 и по которой судят о средней скорости потока. 2 ил. i (Л ,j to со 05 СО ю срер

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 P 5/00, С 01 Р 1/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3871077/24-10 (22) 21.03.85 (46) )5.03.87. Бюл. У 10 (75) В.М.Гуревич (53) 681.121(088.8) (56) Патент ФРГ N 2431346, кл. G 01 P 1/66, 1976.

Авторское свидетельство СССР

11- 1141294, кл. G 01 F 1/66, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 853397, кл. G 01 Р 1/66, 1979. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение может быть использовано при исследованиях в области жидкости и газа. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство работает в два такта — по потоку и против потока, а их чередование обеспечивают генератор 13 совместно с коммутатором 6. В каждом такте образуются опорный и информационный сиг„„SU„„1296942 А1 налы. Нормированные опорные импульсы поступают на вход преобразователя 12 с обратной зависимостью. Нормированные информационные импульсы поступают на вход дискриминатора 11 времени.

При появлении опорного импульса на выхо, де усилителя-формирователя 10 преобра,зователь 12 формирует импульс, длительность которого обратно пропорциональна приложенному напряжениюи которыйпоступает на вход дискриминатора 11 времени, сравнивающего спад выходного им- пульса преобразователя 12 с моментом регистрации информационного ультразвукового импульса, поступающего на

его другой вход. В такте против пот:ка работа устройства аналогична. Блок

20 вычислений определяет разность выходных напряжений интеграторов 17 и

18, которая регистрируется индикатором 21 и по которой судят о средней скорости потока. 2 ил.

1296942.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при измерении расхода, а также при исследованиях в области жидкости и газа.

Цель изобретения — повыщение точности измерения.

На фиг.1 представлена блок-схема 10 ультразвукового измерителя скорости потока; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит измерительный участок с вмонтированными обратимым 15 электроакустическим преооразователем

1, отражателями 2 и 3 и преобразователем

4, причем пьеэопреобразователи и отражатели установлены на противоположных сторонах измерительного участка, 20 оси пьезопреобразователя 1 и отражателя 2 совпадают и направлены перпендикулярно потоку, оси пьезопреобразователя 4 и отражателя 3 совпадают и направлены под углом к потоку. К пье-25 зопреобразователям 1 и 4 подключены выход формирователя 5 зондирующих импульсов и первый вход первого коммутатора 6, который через селекторы 7 и 8 приемных сигналов и усилители- 30 формирователи 9 и 10 связан с первым входом дискриминатора 11 времени и с первым входом преобразователя 12 напряжение — длительность с обратной зависимостью. Выход задающего генера- 35 тора 13 подключен к входу формирователя 5, к вторым входам первого коммутатора 6 и селекторов 7 и 8. Выход источника 14 опорного напряжения имеет связь с первым входом суммато- 40 ра 15 напряжений, который вторым входом подключен к выходу третьего комо мутатора 16. Первый и второй входы третьего коммутатора 16 имеют связь с выходами интеграторов 17 и 18 со- 45 ответственно, а . ретий вход подключен к задающему генератору 13. Выход сумматора 15 соединен с вторым входом преобразователя 12 напряжение— длительность, а выход последнего под- 50 ключен к второму входу дискриминатора времени. Интеграторы 17 и 18 подключены входами к выходам второго коммутатора 19, первый вход третьего коммутатора имеет связь с выходом. дискриминатора 11 времени, второй вход третьего коммутатора подключен к выходу задающего генератора 13.

Блок 20 вычислений своими входами подключен к выходам интеграторов 17 и 18, а своим выходом — к индикатору

21.

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 5 зондирующих импульсов вырабатывает электрические импульсы 22 с периодом повторения, определяемым задающим, генератором

10, который обеспечивает полное затухание реверберационных помех. Укаэанные импульсы возбуждают пьезопреобраэователь 1,излучающий ультразвуковые импульсы в направлении, перпендикулярном потоку к отражателям 2 и 3 и одновре" менно возбуждает пьеэопреобраэователь 4, который излучает ультразвуковые импульсы под углом к потоку в направлении отражателя 3. Предлагаемое

1устройство работает в два такта — по потоку и против потока, а их чередование обеспечивают задающий генератор 13 совместно с первым коммутатором 6.

В каждом такте образуются два приемных сигнала. — опорный и информаци,онный. В образовании опорного приемного сигнала в обоих тактах участвует только пьезопреобраэователь 1, а приемный информационныи сигнал образуется поочередно на пьезопреобразо вателях 1 и 4.

В такте по потоку излученный пьезопреобразователем 1 импульс, достиг нув отражателей 2 и 3, расщепляется на опорный и информационный. Опорный импульс направляется отражателем 2 вновь к пьезопреобразователю 1. После нескольких отражений через интер- вал времени Т после излучения опорный импульс, проделав путь L<, воспринимается пьезопреобраэователем 1 и преобразуется в электрический сйгнал. Информационный импульс направляется отражатепем 3 по потоку в сторону пьезопреобраэователя 4. Через интеравл времени T „ проделав путь Е 1 Э г этот импульс воспринимается пьезопреобразователем 4 и также преобразуется в электрический сигнал.

Временное расположение опорного импульса зависит только от геометрии измерительного участка и скорости звука в измеряемой среде, а временное расположение информационного импульса дополнительно зависит от скорости потока, В такте против потока образование опорного импульса аналогично, а ин1296942 формационный импульс возникает ат излучения льезапреабразователя 4 и отражения отражателя 3. При этом аба приемных сигнала возникают на пьезапреобразователе 1 через интервалы времени 7., и Т . Дпя уменьшения дезинформир тющега воздействия акустических и электрических помех опорный и информационный импульсы выделяются с помощью селекторов 7 и 8 приемных 10 сигналов, усиливаются и нормируются с помощью усилителей-формирователей

9 и 10. Нормированные пары опорных и информационных импульсов в тактах по потоку и против него изображены на диаграмме 23.

Нормированные опорные импульсы в обоих тактах поступают на первый вход преобразователя 12 напряжение— длительность с обратной зависимостью. 20

Нормированные информационные импульсы в обоих тактах поступают на первый вход дискриминатора ll времени, роль которого может выполнять, например, D-триггер. 25

В такте па потоку задающий генера. тор 13 устанавливает третий коммутатор 16 в положение, когда выЖодное напряжение интегратора 17 поступает на второй вход сумматора 15, а вто- 30 рай коммутатор 19 подготавливается к коррекции напряжения интегратора

)7. Напряжение U „ суммируется с выходным напряжением П источника ll опорного напряжения и с выхода сумма-35 тора 15 поступает на второй вход преобразователя 12 напряжение — длительность с обратной зависимостью. В качестве последнего может использоваться, например, развертъ|вающий преобра-40 зователь или управляемая напряжением линия задержки, работающие в ждущем режиме.

При появлении опорного импульса на выходе усилителя-формирователя 10 " преобразователь 12 формирует импульс

24, длительность которого обратно пропорциональна приложенному напряже нию

U + U

К о 1 где К вЂ” коэффициент обратной зависимости, 55

Выходной импульс преобразователя

12 поступает на второй вход дискриминатора 11 времени (информационный вход D-триггера). Последний праизволит сравнение спада выходного импульса преобразователя 12 с моментам регистрации информационного ультразву- . кового импульса, поступающего на ега первый вход (синхронизирующий вход

D-триггера). В зависимости ат временного расположения указанных импульсов дискриминатор времени вырабатывает сигналы 25 логических нуля или единицы, которые через третий коммутатор 19 поступают на вход интегратора 17 и изменяют ere выходное напряжение 26 до выполнения равенства

1 Ц,+U т-т к 1

В такте против потока работа устройства аналогична, с той разницей, что третий коммутатор 16 транслирует выходное напряжение U интегратора 18

2 на второй вход сумматора 15, а третий коммутатор 19 соединяет выход дискриминатора времени с входом интегратора 18. Коррекция выходного напряжения интегратора 18 осуществляется до выполнения равенства

1 tl+U т,-т к

Блок 20 вычислений определяет разность выходных напряжений интеграторов

П.-IJ =К() = ° V т -Т Т -Т 2I, cosa

1 "2 2 которая регистрируется индикатором

21 и по которой судят о средней скорости потока.

Применение источника 14 опорного напряжения и сумматора 15 позволяет повысить чувствительность преобразования в К раз: где П вЂ” выходное напряжение интегра12 торов в неподвижной измеряемой среде.

Кроме того, использование операции сложения напряжений источника 14 и интеграторов 17 и 18 позволяет применять в качестве последних реверсивные счетчики в совокупности с преобразователями цифра — напряжение (за счет снижения требований к их разрядности).

1?96942

3g

Ъ

Ъ

В

BHHHIIH Заказ 772/47 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В устройстве сами временные интервалы, подлежащие математической опе- рации нахождения обратной зависимости за счет конструктивных и схемных особенностей устройства, на 1-2 порядка меньше. Поэтому при сохранении требований к относительной нестабильности устройств для реализации обратной зависимости точность предлагаемого устройства повьппается. 10

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорос" ти потока, содержащий два обратимых 15 электроакустических преобразователя, установленных на одной из стенок измерительного участка трубопровода, подключенных к формирователя зондирующих импульсов и через первый ком- 2g мутатор, первый усилитель-формирователь, дискриминатор времени — к первому входу второго коммутатора, выходы которого через первый и второй интеграторы и блок вычислений подключе- 25 ны к индикатору, третий коммутатор, задающий генератор, выход которого подключен к управляющим входам трех коммутаторов и формирователя зондирующих импульсов, преобразователь на- 30 пряжзние — длительность с обратной.зависимостью, выход которого подключен к второму входу дискриминатора времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены установленные на противоположной стенке трубопровода первый отражатель, ось которого перпендикулярна потоку и совпадает с осью первого преобразователя, второй отражатель, ось которого направлена под углом к потоку и совпадает с осью второго преобразователя, а также первый и второй селекторы, второй усилитель-формирователь, сумматор и источник опорного напряжения, причем первый селектор включен между выходом первого коммутатора и входом первого усилителя-формирователя, вход второго селектора подключен к выходу первого коммутатора, а его выход через второй усилитель-формирователь подключен к первому входу преобразователя напряжение — длительность, входы сумматора подключены к выходам источника опорного напряжения и третьего коммутатора, а его выход — к второму входу преобразователя напряжение — длительность, управляющие входы селекторов подключены к выходу задающего генератора, а выходы третьего, коммутатора — к входу блока вычислений.