Ультразвуковой расходомер

 

и с Ф ъ. м юг н Ф я фантен.не-темчесная е, 1на а А

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соватскик

Социалистических

Республик

<1708157

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 011277 (21) 2548747/18-10 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 0501-8î Бюллетень Н9

Дата опубликования описания 050180 (51)М. Кл.2

G 01 F 1/бб

Государственный комнтет

ССС P но делам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 681.121. .8 (088.8) (72) Авторы изобретения

К.-В. Ю. Бернатонис и Р.-И. Ю. Кажис (71) Заявитель

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

Изобретение относится к ультразвуковым измерителям и может быть использовано для определения скорости потока жидкости и суспензии,перекачиваемых по трубопроводам.

Известны ультразвуковые расходомеры (1), основанные на излучении в жидкость ультразвуковых сигналов, которые модулируются флуктуациями теку- 0 щей жидкости, и< приеме я последующей обработке посредством коррелометров. Эти устройства имеют низкую точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению явтяется ультразвуковой расходомер (2), содержащий излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, установленные на трубопроводе и схему измерения, включающую коррелометр.

Недостатками этого измерителя расхода являются низкие точность и надежно"-.ь измерения, что обусловлзно тем, что в настоящее время отсутствуют широкополосные ультразвуковые излучатели для возбуждения шумоподобных сигналов, а также из-за нелинейных искажений, которые возникают при прохождении ультразвукового сигнала через слоистые среды (стенки трубопровода), имеющие различные коэффициенты преломления для отдельных составляющих шумоподобного сигнала.

Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения.

Это достигается тем, что предлагаемый расходомер снабжен двумя дополнительными приемниками ультразвуковых колебаний, установленными на одинаковых расстояниях по потоку и против него относительно излучателя ультразвуковых колебаний, который выполнен в виде шара, расположенного внутри трубопровода, и относительно первого приемника ультразвуковых колебаний, расположенного над излучателем ультразвуковых колебаний, схема измерения дополнительно содержит второй коррелометр, ведущий генератор, два измерителя интервалов времени, триггер и три функциональных преобразователя, причем выход ведущего генератора соединен с запускающими входами двух коррелометров, двух измерителей интервалов времени, первого и третьего функциональных преобразователей, первые входы дву.. коррелометров соединены с первым прием708157

40

60 ником ультразвуковых колебаний, второй приемник ультразвуковых колебаний подключен к второму входу первого коррелометра, третий приемник ультразвуковых колебаний подключен к второму входу второго коррелометра, выход первого коррелометра через первый измеритель интервалов времени подключен к первому входу триггера и к входу первого функционального преобразователя, выход второго коррелометра подключен через второй измеритель интервалов времени к второму входу триггера, к входу третьего функционального преобразователя и к запускающему входу второго функционального преобразователя, выход триггера соединен с первым входом второго функционального преобразонателя, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и третьего Функциональных преобразователей, а выход которого подключен к сбросоным входам первого и третьего функциональных преобразователей.

На фиг. 1 предстанлена блок-схема предложенного ультразвукового расходомера; на фиг. 2 — эпюры напря жений на выходах отдельных узлов устройства для одного периода измерения.

Ультразвуковой расходомер содержи установленные на трубопроводе 1 излучатель 2 ультразнукбвых колебаний, выполненный в виде парообразного тела, парный приемник ультразвуковых колебаний 3, который расположен над излучателем 2, второй 4 и третий S приемники ультразвуковых колебаний, которые расположены на одинаковых ра стояниях относительно излучателя 2 и ервого приемника 3 по потоку и против него, а также схему измерения которая включает в себя дна коррелометра 6 и 7, ведущий генератор 8, дн измерителя 9 и 10 интервалон времени, триггер 11 и три функциональных преобразователя 12, 13 и 14, причем выход ведущего генератора 8 соединен с запускающими входами двух коррелометров 6 и 7, двух измерителей интервалов 9 и 10, первого 12 и третьего 14 функциональных преобразователей, первые входы двух коррелометров 6 и 7 соединены с первым приемни ком ультразвуковых колебаний 3, второй приемник 4 подключен к второму входу первого коррелометра 6, третий приемник 5 подключен к второму входу второго коррелометра 7, выход первого коррелометра б через пер вый измеритель интервалов времени 9 подключен к первому входу триггера

11 и к входу первого Функционального преобразователя 12, выход второго коррелометра 7 подключен через второй измеритель интервалов времени 1 0 ко второму входу триггера 11, к входу третьего функционального rrpeo6разонателя 14 и к запускающему входу второго функционального преобразователя 13, выход триггера 11 соединен с первым входом второго функционального преобразователя 13, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого 12 и .третьего 14 функциональных преобразователей, а выход которого подключен к сбросным входам первого 12 и третьего 14 функциональных преобразователей.

Устройство работает следующим образом.

При движении жидкости или суспензии между неподвижным шарообразным телом 2 и потоком существует частичное биение, вследствие чего в жидкости или суспенэии возникают широкополосные акустические колебания, имеющие случайный характер. Шумоподобные ультразвуковые колебания принимаются первым 3, вторым 4 и третьим 5 приемниками. Скорость распространения колебаний от излучателя 2 до приемника 3 равна скорости ультразвука в жидкости С от излучателя 2 до приемника 4 С1= С-V.61и с(-, а от излучателя 2 до приемника 5 С = C+V Э1исС>. где Ч вЂ” скорость движения жидкости.

Принятые и преобразованные колебания подаются на схему измерения. В начальный момент времени ведущий генератор 8 (фиг. 2.1) запУскает коррелометры б и 7, измерителя 9 и 10 временных интервалов, первый 12 и третий 14 функциональные преобразователи, Взаимокорреляционные функции на выходах коррелометров 6 и 8 достигают максимумов при f = и t = C,2 (фиг. 2,2 и 2.4) где

С- Е -1

> С=

С Ч S1 é - 2 С+ Ч Э1ИсА1 — расстояние от излучателя 2 до приемников 4 и 5, h — расстояние от излучателя 2 до приемника 3.

Для определения скорости потока необходимо реализовать следующий алгоритм:

® -М (gwg)

2 „ (2 МИ

На выходах измерителей 9 и 10 н момент максимумов взаимокорреляционных функций образуются прямоугольные импульсы соответственно длительHocTью

1 и t (фиг. 2,3 и 2,5) . Прямоугольнйй импульс 1Г подается на вход третьего функционального преобразователя

14 и одновременно задним фронтом опрокидывает триггер 11 (фиг. 2.6) и запускает функциональный преобразователь

13. Прямоугольный импульс Г подается на вход первого функциональнс го преобразователя 12, на выходе которо7081 57

ro образуется постоянное напряжение

U4, пропорциональное длительности импульса Ю((фиг. 2. 1) . При других зна/ чениях 1„образуется соответствующее

I напряжение U . Напряжение Ц запоминается и подается на второй вход второго функционального преобразователя 13. Задним фронтом импульса ь триггер 11 переводится в исходное состояние, и на его выходе образуется импульс длительностью Ee †"Г (фиг,2.6),.10 который подается на первый вход второго функционального преобразователя 13. На выходе третьего функционального преобразователя 14 образуется постоянное напряжение U, пропорциональное длительности импульса W, которое запоминается и подается на третий вход функционального преобразователя 13. Этот преобразователь 13 выполняет следующие операции: перемножает постоянные напряжения ) и U, 20 получая сигнал, пропорциональный проИзведению С вЂ” с, затем прямоугольный импульс (-tg) преобразует в пропорциональное постоянное напряжение U>,H умножает на постоянный коэф- 25 е-м фициент -д, наконец, производит

К-И деление иеппивеииий å проивведеЬ 261ИА ние напряжений О.(, U . Полученный veзультат кодируется в цифровую форму и подается на цифровое табло. Во время индикации результата на выходе преобразователя 13 создается импульс, которым производится сброс функцио- 35 нальных преобразователей 12 и 14 в исходное положение (момент t, фиг.

2.7). Далее цикл измерения повторяется.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, установленные на трубопроводе, и схему измерения, включающую коррелометр, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыжения точности и надежности измерения, он снабжен двумя дополнительными приемниками ультразвуковых коле5аний, установленными на одинаковых расстояниях по потоку и против него относительно излучателя ультразвуковых колебаний, выполненного в виде шара, расположенного внутри трубопровода,и относительно первого приемник а ультразвуковых колебаний,расположенного над излучателем ультразвуковых колебаний,а схема измерения дополнительно содержит второй коррелометр, ведуший генератор, два измерителя интервалов времени, триггер и три функциональных преобразователя, причем выход ведущего генератора соединен с запускающими входами двух коррелометров,двух измерителей интервалов времени, первого и третьего функциональных преобразователей, первые входы двух коррелометров соединены с первым приемником ультразвуковых колебаний, второй приемник ультразвуковых колебаний.подключен к второму входу первого коррелометра, третий приемник ультразвуковых колебаний подключен к второму входу второго коррелометра, выход первого коррелометра через первый измеритель интервалов времени подключен к первому входу триггера и к входу первого функционального преобразователя, выход второго коррелометра подключен через второй измеритель интер" валов времени к второму входу триггера,. к входу третьего функционального преобразователя и к запускающему входу второго функционального преобразователя, выход триггера соединен с первым входом второго функционального преобразователя, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и третьего функциональных преобразователей, а выход которого подключен к сбросовым входам первого и третьего функциональных преобразователей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии 9 1359151, кл. G 01 Р 5/08, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 446753, кл. G 01 F 1/ОО, 1972 (прототип).

Ф °

4.

7061 57

Фое.1

Фис.2

Составитель В. Антипов

Редактор Л. Бибер Техред М.Петко Корректор Н. Задерновская

Заказ 8470/34 Тираж 801 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4