Ультразвуковое устройство для автоматического измерения скорости потока

 

(1 ) 5468l8

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСЕОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.10.75 (21) 2186039/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.02.77. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 28.03.77 (51) М. Кл.з G 01Р б/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 634.232(088.8) (72) Авторы изобретения

В. К. Хамидуллин, В. Л. Борцов и Б. А. ВасильевЛенинградский институт авиационного приборостроения (71) Заявитель (54) УЛ ЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОИ СТВО ДЛЯ АВТОМАТ И Ч ЕСКОГО

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение для контроля скорости потока жидкостей и газов.

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, имеющие два измерительных акустических преобразователя, .помещенных в измеряемый поток, один из которых используется для определения скорости ультразвука по потоку, а другой — против потока, разность этих скоростей определяет скорость потока (1 — 5). Однако этп измерители имеют недостаточно высокую точность либо из-за взаимного влияния акустчческих частей каналов по потоку и против него, либо из-за погрешностей, вносимых фазометром.

Известно также одно канальное измерительное устройство, содержащее измерительный акустический преобразователь с двумя датчиками, два идентичных канала измерения, включающих фазометр и модулятор, входы которых подключены к выходу генератора, а второй вход фазометра соединен с датчиком и выходом модулятора другого канала, коммутатор с двумя выходами, каждый из которых соединен с управляющими входами фазометра и модулятора одного канала, и регистрирующий прибор (6).

Однако это устройство имеет недостаточную точность, обусловленную нелинейностью амплитудно-фазовой характеристики фазометров, в результате чего изменение скорости звука в жидкости вызывает дрейф начальной точки фазометра, которая выходит за пределы линейного участка его амплитудно-фазовой ха5 рактеристики.

Для повышения точности измерения скорости потока предлагаемое устройство содержит интегратор, входы которого подключены к управляющим входам фазометров, а выход — к

10 входу перестройки частоты генератора, два реле, входы которых соединены с выходамй фазометров, а выходы — с двумя входами коммутатора, третий выход которого соединен с управляющим входом регистрирующего при15 бора, измерительный вход которого соединен с выходом генератора.

На фиг. 1 представлена блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2, 3 — амплитудно-фазовая и амплитудно-частотная характе20 ристики фазометра.

Устройство содержит измерительно-акустический преобразователь с двумя датчиками 1, генератор 2, модуляторы 3, 4, фазометры 5, 6, реле 7, 8, коммутатор 9, регистрирующий при25 бор 10, интегратор 11.

Каждый из двух измерительных каналов состоит из модулятора 3 (4), фазометра 5 (6), реле 7 (8) .

Выход интегратора 11 соединен с входом пе30 рестройки частоты генератора 2, выход кото546818

С = Co+ v, 55 рого соединен с измерительным входом регистрирующего прибора 10 и с входами модуляторов 3, 4 и фазометров 5, 6. В каждом канале выход модулятора 3 (4) соединен с соответствующим датчиком измерительно-акусти- 5 ческого преобразователя 1 и со вторым входом фазометра 6 (5) другого канала.

Выход фазометра 5 (6) соединен с реле

7 (8).

Выходы реле 7 и реле 8 соединены с комму- 10 татором 9, первый выход которого подключен к управляющим входам модулятора 3 и фазометра 5 одного канала, а второй — к управляющим входам модулятора 4 и фазометра б другого. Первый и второй выходы коммутато- 15 ра 9 соединены с двумя входами интегратора

11. Третий выход коммутатора 9 подключен к управляющему входу регистрирующего прибора 10.

Устройство работает следующим образом. 2о

Пусть в исходном состоянии включен канал измерения по потоку. Выходной сигнал постоянного уровня с коммутатора 9 открывает модулятор 3 и фазометр 5. Этот же сигнал подается на первый вход интегратора 11, на вы- 25 ходе которого формируется линейно-спадающее напряжение, которое, воздействуя на вход перестройки частоты генератора 2, плавно уменьшает его частоту.

На фиг. 3 кривая 1 соответствует распрост- зр ранению ультразвуковых колебаний против потока, а кривая II — по,потоку, 1 — расстояние между датчиками.

При изменении частоты от значения f до

f + на выходе фазометра 5 напряжение примет нулевое значение k раз, где k — целое число (см. фиг. 3, кривая II).

Реле 7 формирует короткие прямоугольные импульсы напряжения, соответствующие нулевым значениям выходного напряжения фазо- 4О метра 5. Эти импульсы поступают на коммутатор 9, который открывает регистрирующий прибор 10 для измерения частоты генератора

2 в моменты времени, соответствующие первому и k-ому импульсу на выходе реле 7 (8). 45

Причем частота f+ генератора 2, соответствующая первому импульсу, увеличивает показания регистрирующего прибора, а k-ому— уменьшает. На выходе регистрирующего приОора фиксируется разность частот f + и f которая пропорциональна скорости распространения ультразвука С от одного датчика к другому. где Co — скорость ультразвука в среде, v — скорость потока.

Под действием k-ого импульса на выходе реле 7 коммутатор 9 открывает модулятор 4 и gp фазометр 6, т. е. подключается канал измерения против потока. При этом выходное напряжение с коммутатора 9 подается на другой вход интегратора 11. На его выходе формируется линейно-возрастающее напряжение, кото- 65 рое плавно увеличивает частоту генератора 2.

На выходе реле 8 возникают импульсы, соответствующие нулевым значениям выходного сигнала фазометра б. Регистрирующий прибор 10 измеряет частоты f—,и f генератора

2. Показания регистрирующего прибора 10 в момент действия 1-ого импульса увеличиваются, а при действии k-ого — уменьшаются.

При этом на выходе регистрирующего прибора 10 фиксируется разность скоростей ультразвука по потоку и против потока, т. е. измеряемая скорость v.

Коммутатор 9 после воздействия k-oro импульса с реле 8 подключает канал измерения по потоку, т. е. открывает модулятор 3 и фазометр 5. Устройство возвращается в исходное состояние, и цикл измерения вновь повторяется.

Наличие интегратора 11, вырабатывающего линейно изменяющееся напряжение, в соответствии с которым частота генератора 2 изменяется в определенных пределах, двух реле

7, 8, вырабатывающих прямоугольные импульсы при нулевом напряжении на выходе фазометров 5, 6, дает возможность использовать фазометр как нуль-индикатор разности фаз.

Это исключает влияние нелинейности амплитудно-фазовой характеристики фазометра, что повышает точность измерения скорости потока. Фиксация k нулевых точек на выходе фазометров позволяет в k раз снизить погрешность измерения.

Ширина амплитудно-фазовой характеристики фазометра не органичивает в предлагаемом устройстве верхний диапазон измеряемых скоростей потока, что позволяет увеличить его по сравнению с известными устройствами.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для автоматического измерения скорости потока, содержащее измерительный акустический преобразователь с двумя датчиками, два идентичных канала измерения, включающих фазометр и модулятор, входы которых подключены к выходу генератора, а второй вход фазометра соединен с датчиком и выходом модулятора другого канала, коммутатор с двумя выходами, каждый из которых соединен с управляющими входами фазометра и модулятора одного канала, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения скорости потока, устройство снабжено интегратором, входы которого подключены к управляющим входам фазометров, а выход — к входу перестройки частоты генератора, двумя реле, входы которых соединены с выходами фазометров, а выходы — с двумя входами коммутатора, третий выход которого соединен с управляющим входом регистрирующего прибора, измерительный вход которого coåäèíåí с выходом генератора.

546818 т"иг / f/ðîñÓ/ фаг 2

Составитель В. Пирогов

Текред А. Галахова

Корректор Н. Аук

Редактор И. Шейкии

Изд. № 204

Заказ 434/6

Тираж 1054

Подписное

Типография. п р. Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при рассмотрении:

1. Авторское свидетельство СССР № 243868, М. Кл. G 01F 11/б2, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 206846, М. Кл. G 01F 1/00, 1966.

3. Авторское свидетельство СССР № 413382, М. Кл. G 01F 1/00, 1972.

4. Авторское свидетельство СССР № 416560, М. Кл г G 01F 1/00 1972

5. Авторское свидетельство СССР № 422958, М. Кл. G 01F 1/00, 1972.

5 6. Бражников Н. И. «Ультразвуковая фазометрия», «Энергия», М., 1968, с. 236 (прототип).