Ультразвуковой расходомер

 

Р; !

Союз Советских

Социалистичесюа

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.01.78 (21) 2564754)18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Ci 01 F 1)66

Государственный неынтет ссср ео делам нзооретеннй н открытнй (53) УДК 681.121..8 (088,8) Опубликовано 05.11.79. Бюллетень №4!

Дата опубликования описания 15.11.79 (72) Автор изобретения

К.-В. Ю. Бернатонис

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к измерителям расхода жидкости и суспензии, может быть использовано в различных отраслях промышленности при конструировании точных расходомеров.

Известны корреляционные ультразвуковые расходомеры (1), содержащие активные излучатели, сигналы которых модулируются флуктуациями текущей жидкости.

Указанные расходомеры не обеспечивают необходимой точности измерения, что связано с использованием узкополосных сигналов.

Наиболее близок к предлагаемому ультразвуковой расходомер (2), содержащий установленные на трубопроводе излучатель и приемник ультразвуковых колебаний с преобразователями и соединенные с ними генератор шума и решающее устройство, выполненное по схеме экстремального коррелометра.

Этот расходомер также не обеспечивает необходимой точности измерений, так как имеющиеся акустические излучатели неэффективно работают в широкой полосе частот, в частности с шумоподобными ультразвуковыми сигналами, а ультразвуковые сигналы дважды проходят через стенки трубопровода, в результате чего происходит различное поглощение и преломление отдельных частотных составляющих шумоподобного сигнала в слоистой среде стенок.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что излучатель и приемник ультразвуковых колеваний выполнены в виде пустотелых усеченных конусов, внешний диаметр которых изменяется по экспоненциальному закону с расположением преобразователей на внутренней цилиндрической и внешней экспоненциальной .поверхностях конусов.

На чертеже изображена структурная

1 электрическая схема расходомера.

На трубопроводе 1 установлены излучатель 2 и приемник 3 ультразвуковых колебаний. С ним соединены генератор шума 4 и вь|полненное по схеме экстремального коррелометра решающее устройство, включаю о щее коррелометр 5, усилитель 6, ведущий генератор 7, измеритель интервалов времени 8 и функциональный преобразователь 9.

Выход генератора шума 4 подключен к из696295

3 лучателю ультразвуковых колебаний 2 и первому входу коррелометра 5, ко второму входу которого через усилитель 6 подключен излучатель ультразв ковых колебаний 3.

Выход коррелометра подключен к одному из входов измерителя интервалов времени 8, другой вход которого соединен с выходом ведущего генератора 7 и запускающим входом генератора шума 4, а выход подключен к функциональному преобразователю 9.

Излучатель 2 и приемник 3 ультразвуковых колебаний выполнены в виде пустотелых усеченных конусов, внешний диаметр которых изменяется по экспоненциальному якону с расположением преобразователей на внешней и внутренней поверхностях конусов, причем внутренние диаметры преобразователей на цилиндрической поверхности конусов и трубопровода 1 одинаковы.

Устройство работает следующим образом.

По команде ведугцего генератора 7 запускаются измеритель интервалов времени 8 и генератор шума 4. Под воздействием выходного напряжения с генератора шума 4 излучатель 2 возбуждает широкополосные ультразвуковые колебания, которые распространяются в движущейся среде. Выполнение излучателя 2 и приемника 3 ультразвука в виде усеченных конусов с изменяющимся диаметром позволяет эффективно возбуждать и принимать ультразвуковые колебания в широкой полосе частот, Для обеспечения необходимой частотной полосы выбирают соответствующие геометрические размеры усеченных конусов. Выбор равных диаметров у трубопровода 1 и преобразователей на цилиндрической поверхности конусов обеспечивает прямой акустический контакт преобразователей с жидкостью, что исключает прохождение сигнала через слоистые стенки трубопровода, а также турбулентность потока.

Скорость распространения шумоподобного процесса x(t) от излучателя 2 до приемника 3 равна суммарной скорости vq =

= с + ч, где с — скорость ультразвуковых колебаний в неподвижной жидкости, v скорость потока. Так как расстояние от излучателя до приемника постоянно и равно информация о величине v заключена во временном интервале, который необходим для прохождения шумоподобным сигналом

x(t) расстояния E. Приемник 3 принимает

4 шумоподобный сигнал х (t), задержанный во времени. Поэтому в момент максимума взаимокорреляционной функции на выходе коррелометра 5 определяется наиболее вероятный временной интервал r = с „. В момент максимума взаимокорреляцйонной функции на выходе измерителя интервалов времени 8 формируется прямоугольный импульс длительностью t = с, которыи

6 подается на вход функционального преобразователя 9. Функциональный преобразователь преобразует (с учетом заданной величины С) прямоугольный импульс длительностью "С в постоянное напряжение U, пропорциональное скорости потока ч, умножает

U на постоянные К и S (соответственно коэффициент пропорциональности и поперечное сечение трубопровода) . Выходной результат Q = V К.S, где Q — расход жидкости, кодируется в цифровую форму и подается на цифровое табло. Далее цикл измерения повторяется.

При измерении на других расстояниях f. соответственно калибруют умножитель функционального преобразователя 9 и меняют тактовый период ведушего генератора 7.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий установленные на трубопроводе излуд чатель и приемник ультразвуковых колебаний с преобразователями и соединенные с ними генератор шума и решающее устройство, выполненное по схеме экстремального коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, излучатель и приемник ультразвуковых колебаний выполнены в виде пустотелых усеченных конусов, внешний диаметр которых изменяется по экспоненциальному закону с расположением преобразователей на внутренней цилиндрической и внешней экспоненциальной поверхностях конусов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии № 1319151, кл. С 01 P 5/08, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 446753, кл. G 01 F 1/66, 1972 (прототип).

696295

Составитель В. Антипов

Редактор Б. Федотов Техред О. Луговая Корректор Н. Степ

Заказ 6751)40 Тираж 844 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4(5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4