Ультразвуковой одноканальный фазовый бескоммутационный способ измерения расхода

 

Использование: при автоматизации контроля и управления расходом жидких и газообразных веществ в технологических процессах в химической, нефтяной и других отраслях промышленности. Сущность: осуществляют встречную посылку по акустическому каналу непрерывных разночастотных колебаний. Выделяют на выходе обоих направлений вторые гармоники основной и вспомогательной частот, определяют для них разность фаз, по которой судят о величине расхода. Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности и надежности измерения расхода путем дополнительного измерения разности фаз на второй гармонике вспомогательной частоты. 1 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может найти применение при автоматизации контроля и управления расходом жидких и газообразных веществ в технологических процессах в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известны ультразвуковые способы измерения расхода (авт. свид. СССР 488983, 553456, 620818, 673852, 723374, 802790, 934228, 1068716, 1273740, 1453178, 1659717, 1749711; патенты РФ 2027149, 2047097, 2047098; патенты США 3204457, 3693439, 3772919, 4590805; патент ФРГ 2449881; патент Японии 54-43066; Хамидуллин В.К. Ультразвуковые контрольно-измерительные устройства и системы. - Л., 1989; Труман С.Г. Современные ультразвуковые расходомеры. - М., 1984 и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является "Ультразвуковой одноканальный фазовый бескоммутационный способ измерения расхода" (авт. св. СССР 488983, G 01 F 1/00, 1973), который и выбран в качестве ближайшего аналога.

Указанный способ основан на встречной посылке по акустическому каналу непрерывных разночастотных колебаний, при этом в одном направлении посылают колебания на двух симметричных составляющих основной частоты, а в другом направлении - колебания основной частоты, выделяют на выходе обоих направлений вторую гармонику основной частоты и определяют для них разность фаз, по которой судят о величине расхода. Причем разность фаз, определяющая величину расхода, измеряется только на второй гармонике основной частоты 20. Но не используется вторая гармоника вспомогательной частоты 21. Ее использование позволяет повысить достоверность и надежность измерения расхода.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности и надежности измерения расхода путем дополнительного измерения разности фаз на второй гармонике вспомогательной частоты.

Поставленная задача решается тем, что согласно ультразвуковому одноканальному фазовому бескоммутационному способу измерения расхода, основанному на встречной посылке по акустическому каналу непрерывных разночастотных колебаний, в одном направлении посылают колебания на двух симметричных составляющих основной частоты, а в другом направлении - колебания основной частоты, выделяют на выходе обоих направлений вторую гармонику основной частоты и определяют для них разность фаз, по которой судят о величине расхода, дополнительно посылают в другом направлении колебания вспомогательной частоты, выделяют на выходе обоих направлений вторую гармонику вспомогательной частоты и определяют для них разность фаз, по которой уточняют величину расхода.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения расхода.

Устройство содержит дуплексную пару излучатель-приемник 1 и 2, генератор 3 колебаний основной частоты 0, генератор колебаний 4 вспомогательной частоты 1, балансный модулятор 5, узкополосные фильтры 6, 7, 8 и 14 на частоты (0+1),(0-1),0 и 1 соответственно, смеситель 9, узкополосные фильтры 12 и 13 на частоты 20 и 21 соответственно, удвоители 10 и 15 частоты, фазометры 11 и 16, блок 17 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Генераторы 3 и 4 формируют гармонические колебания: u0(t) = U0Cos(0t+0); u1(t) = U1Cos(1t+1), где Uo, U1, 0,1 - амплитуды и начальные фазы гармонических колебаний; 0,1 - основная и вспомогательная частоты, которые воздействуют на пьезопреобразователь 2.

Для получения ультразвука в диапазоне частот (1-5 МГц) наибольшее распространение получили пьезоэлектрические преобразователи, в которых активными являются пьезоэлементы, изготовленные из монокристалла кварца или пьезокерамических материалов - титаната бария, цирконата титаната свинца и др. На плоские поверхности пьезоэлементов наносят тонкие слои серебра, служащие электродами. При подведении к электродам знакопеременного электрического напряжения пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания (растягивается и сжимается) с частотой подавляемого электрического напряжения. Данное явление называется обратным пьезоэффектом.

Акустические волны основной 0 и вспомогательной 1 частот распространяются, например, против потока жидкости, протекающего по трубопроводу.

Гармонические колебания U0(t) и U1(t) с вторых выходов генераторов 3 и 4 одновременно поступают на два входа балансного модулятора 5, на выходе которого образуются следующие напряжения: u2(t) = U2Cos[(0-1)t+2]; u3(t) = U3Cos[(0+1)t+3]; которые возбуждают пьезопреобразователь 1, и акустические волны этих частот распространяются по направлению движения потока жидкости.

Таким образом, в потоке жидкости распространяются ультразвуковые колебания четырех частот: 0,1,(0-1) и (0+1). Эти колебания воспринимаются пьезоэлементами и выделяются узкополосными фильтрами 6, 7, 8 и 14 соответственно: u6(t) = U6Cos[(0+1)t+6]; u7(t) = U7Cos[(0-1)t+7];
u8(t) = U8Cos(0t+8);
u14(t) = U14Cos(1t+14).
Напряжения u6(t) и u7(t) с выходов узкополосных фильтров 6 и 7 поступают на два входа смесителя 9, на выходе которого образуется следующее напряжение


K1 - коэффициент передачи смесителя.

Узкополосными фильтрами 12 и 13 выделяются следующие напряжения соответственно:


которые поступают на первые входы фазометров 11 и 16.

Напряжения u8(t) и u14(t) с выходов узкополосных фильтров 8 и 14 поступают на входы удвоителей частоты 10 и 15, на выходе которых образуются следующие напряжения:
u10(t) = U10Cos(20t+10);
u14(t) = U14Cos(21t+14).
Эти напряжения подаются на вторые входы фазометров 11 и 16 соответственно, которые измеряют фазовые сдвиги:


По фазовым сдвигам 1 и 2 определяют скорости V1 и V2 контролируемого потока жидкости, которые являются мерой объемных расходов.

Объемные расходы контролируемой среды равны:
Q1 = V1S,
Q2 = V2S,
где S - площадь поперечного сечения трубопровода.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими аналогичными способами обеспечивает повышение достоверности и надежности измерения расхода. Это достигается путем дополнительного измерения разности фаз на второй гармонике вспомогательной частоты.


Формула изобретения

Ультразвуковой одноканальный фазовый бескоммутационный способ измерения расхода, основанный на встречной посылке по акустическому каналу непрерывных разночастотных колебаний, при этом в одном направлении посылают колебания на двух симметричных составляющих основной частоты, а в другом направлении - колебания основной частоты, выделяют на выходе обоих направлений вторую гармонику основной частоты и определяют для них разность фаз, по которой судят о величине расхода, отличающийся тем, что дополнительно посылают в другом направлении колебания вспомогательной частоты, выделяют на выходе обоих направлений вторую гармонику вспомогательной частоты и определяют для них разность фаз, по которой уточняют величину расхода.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительным устройствам и предназначено для работы в ультразвуковых расходомерах

Изобретение относится к области высокоточных методов измерения расхода (объема или количества жидкости или газа, протекающего в единицу времени по каналу транспортировки) прокачиваемых через трубопроводы жидкостей или газов

Изобретение относится к способу измерения расхода текучей среды между двумя точками, расположенными раздельно в направлении потока текучей среды; в соответствии с этим способом расход получают путем объединения измерения времен прохождения двух акустических сигналов, передаваемых между двумя точками в противоположных направлениях, с измерением фазовых сдвигов акустических сигналов, возникающих в каждом акустическом сигнале в результате прохождения каждого из упомянутых акустических сигналов по потоку

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в ультразвуковых приборах различного назначения, например ультразвуковых расходомерах жидкостей и газов, уровнемерах и т.д

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока и расхода веществ в различных отраслях промышленности

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при необходимости повышения точности измерения расхода жидких и газообразных веществ, транспортируемых по трубопроводам

Изобретение относится к технике измерения расхода газа, в частности к бытовым ультразвуковым счетчикам для измерения расхода газа с приведением результатов измерения к нормальным условиям по температуре, давлению и плотности газа, и может найти применение в жилищно-коммунальном хозяйстве, в отраслях газовой промышленности для точного учета расхода газа

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для контроля объемного расхода жидкости, протекающей по трубопроводу

Изобретение относится к передающей и приемной схеме для ультразвукового расходомера

Изобретение относится к способам измерения расходов воды в гидравлических установках с гидротурбинами, насос-турбинами или насосами, в состав которых входят спиральные камеры

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения расхода жидкостей и газов

Изобретение относится к ультразвуковой технике контроля уровня жидкости и может быть использовано в нефтяной, химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения воды в гидротехнических системах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров технологических процессов, например при определении расхода хозяйственно-питьевой и технической воды, используемой в промышленных целях
Наверх