Ультразвуковой измеритель скорости движения среды

 

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ о1,792077

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено16,0977 (21) 2526217/18-10 с присоединением заявки №вЂ”

{23) Приоритет

Опубликовано 301280. Бюллетень ¹48

Дата опубликования описания 301280 (51)М. Кл 3

G01 F 1/66

Государственный комитет

СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК 532.574 (088. 8) I

1 (72) Автор и зобретеи и я

В,А. Сукацкас

Каунасский политехнический институтим, Антанаса Снечкуса (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

ДВИЖЕНИЯ СРЕДЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения скорости . движения среды и скорости ультразвука в ней или параметра, зависящего Ъ от скорости ультразвука: температура, давление.

Известен импульсный ультразвуковой термоанемометр, в котором измерение скорости потока производится по изме- 10 рению разности частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, распространяющихся в двух противоположных направлениях в замкнутой динамической системе устройства (1). 15

Он позволяет измерять скорость ультразвука в среде и скорость движения среды, однако на точность измерения влияют как неидентичность и нестабильность обоих электрических кана- 20 лов, так и нестабильности передних и задних фронтов импульсов, а также блюктуаций, поскольку среда зондируется по обоим направлениям в разных точках и необязательно однс1временно. а5

Известен цифровой ультразвуковой измеритель скорости движения среды, содержащий приемопередающие элементы, размещенные на противоположных стенках канала под углом к направлению 10 движения потока, усилитель, смеситель, фильтр низких частот, формирователь, управляемый электронный счетчик импульсов, а также генератор качающейся частоты с модуляцией по пилообразному закону, соединенный по высокочастотному выходу с входом коммутатора направлений, выходы которого подключены к излучающему и приемному элементам и входам смесителя, при этом выход коммутатора направлений соединен через усилитель с другим входом смесителя,подключенного по входу через фильтр низких частот к входу схемы выделения измерительного периода, низкочастотный выход генератора качающейся частоты соединен через формирователь с входами коммутатора направлений, входом схемы выделения измерительного периода и входом схемы управления счетчиком импульсов, выходы которой "Счет", "Старт" и "Стоп" соединены с соответствующими входами управляемого счетчика, а выход генератора качающейся частоты подключен к одному из входов схемы выделения измерительного периода (2)

С помощью этого измерителя измеряется только один параметр: скорость

792077 среды. Кроме того, среда зон,цируется в каждом направлении в разное время, а величина быстрых флуктуаций .скорости движения среды или скорости ультразвука в среде не компенсируются, .что вносит погрешность измерения.

Ь

Цель изобретения — одновременное мерение скорости ультразвука в среде и повышение точности.

Укаэанная цель достигается тем,что ультразвуковой измеритель скорости движения среды снабжен последовательной цепью из фильтра высокой частоты и преобразователя период-напряжение, включенной между выходом смесителя и индикатором скорости ультразвука в среде и вычислителем. в виде последо- l$ вательно соединенных ждущего геунератора импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора и накопителя, при . этом выходы фильтров высокой и .низкой частот З) соответственно соединенньх с входом запуска ждущего генератора и входом селектора, блок управления связи с селектором и накопителем, а индикатор скорости движения среды, выполненный в виде измерителя отношения постоянных напряжений, включен между выходом вычислителя и йндикатором скорости ультразвука в среде.

На чертеже изображена структур а 4О схема измерителя.

Генератор 1 высокочастотного напряжения с прямолинейной модуляцией . частоты с блоком управления 2 подключен к одному из входов коммутатора 3„ к среднему контакту ° которого подключены электроакустические преобразователи 4 и 5, расположенные на расстоянии Ь . Другой вход коммутатора 3 через усилитель б соединен с входом смесителя 7, а другой вход смесите- 40 ля 7 соединен с генератором 1. К выходу смесителя подключена последовательная цепь из фильтра высокой частоты 8 и.преобразователя период-напряжение 9, к выходу которой присое- 4 динен индикатор 10 скорости ультразвука в среде.

К выходу смесителя через фильтр

11 низкой частотЫ 11 подключен селек.— тор 12 вычислителя, выполненного в виде последовательно соединенных ждущего генератора 13 импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора 12 и накопителя 14. Выход фильтра 8 соединен также с входом запуска генератора 13, а выход вычислителя через индикатор 15 скорости движения среды — с индикатором 10 скорости ультразвука. Блок 2 управления связан с генератором 1,коммутатором 3 и бло-, ками 12 и 14 вычисллителя. 60

Измеритель работает следующим„:-образом.

Напряжение генератора 1, частота которого под воздействием блока 2 управления изменяется по прямолинейно- у5 му закону, поступает, на один из входов коммутатора 3..Коммутатор 3 сигналом с блока управления периодически подключает электроакустические преобразователи 4 и 5 к выходу генератора 1 (на время, меньшее времени пробега ультразвука расстояния L) или выходу усилителя б. Ультразвуковые волны излучаются, преобразователями в направлении одна к другой и достигает их с задерх<ками Т» и Тд, равными, — Т- (1) где, С вЂ” скорость ультразвука в неподвижной среде, Ч вЂ” проекции скорости среды на направлении распространения ультразвука.

Частоты Х»и Ю2 обоих сигналов,принятых и преобразованных преобразователями в электрическое напряжение, соответственно равны: т„= „(»-КТ„); $ = f„(КТ ) (z)

1 где 1 — частота излучаемого в данИ ный момент времени ультразвука, коэффициент пропорциональности, равный скорости изменения частоты генератора 1.

Оба колебания суммируются на входе усилителя б. Из-за биений между комбинациями сигнал на выходе усилителя б является синусоидальным электрическим колебанием частоты. — — амплитуда которого изменяется от минимума (равного нули, если оба сигнала одинаковой амплитуды) до максимума с частотой 1» — 1 = Гп ..Этот сигнал поступает Hp один вход смесителя 7, на другой вход которого подается сигнал генератора 1 с частотой . Вследствие биений между сигаалама частот %л а -а-т — модуль

+ %a. суммарного сигнала претерпевает двойные изменения от минимума до максимума: низкочастотные с частотой", f.— f =F высокочастотные с частотой.

,а

1 1 Ь

В действительности излучаются и принимаются не непрерывные колебанияу а вырезанные из него пачки импульсов.

Однако это обстоятельство влияния не оказывает, если частота подключения коммутатора значительно больше F> .

Из формул (1) и (2) вытекают следующие зависимости (с погрешностью порядка Ма /С*)

К4 . С = — К ТВ, Fg

Ц= = = = — = > (4)

С FH орс

2КЬ Т F

792077

Формула изобретения где Тв, Тн — периоды высокочастотных и низкочастотных биений соответствейно.

tIa выходах смесителя 7,.состоящего в простейшем случае из сумматора и амплитудного детектора, выделяется сигнал, содержащий частоты Фэ и F . Сигнал с частотой Гэ выделяется фильтром 8 высокой частоты и через преобразователь период-напряжение 9 поступает на индикатор 10 скорости ультразвука в среде. Сигнал © с частотой Гн выделяется фильтром 11 низкой частоты и поступает на селектор 12.

С каждым периодом высокочастотных

J биений запускается генератор 13, вы- 13

Рабатывающий импульсы стабильной дли-., тельности и амплитуды. Под воздействием сигналов с выходов фильтра 11 низкой частоты и блока 2 управления селектор 12 пропускает на вход накопи- И1 теля 14 импульсы генератора 13 в течение времени, пропорционального заданному количеству периодов низкочастотных биений ТН . НаПряжение на выходе накопителя 14, построенного, например, на основе интегратора, пропорционально произведению Ти Гэ . Индикатор 15 скорости движения среды, выполненный в виде измерителя отношения постоянных напряжений, например, логаметрический измерительный прибор, 30 показывает отношение напряжения, пропорционального С, к напряжению, пропорциональному Т„Гв, т.е. может быть проградуирован s единицах скорости.

В случае измерения в малопоглощаю- 35 щей.среде ультразвуковые колебания на расстоянии Ь незначительно ослабляются и составляют заметную часть излучаемых колебаний. Необходимость усиления принятых колебаний отпадает ф и коммутатор 3 постоянно подключает выход генератора 1 к преобразователям

4 и 5. В остальном работа измерителя аналогична описанной выше.

Измеритель подготавливается к следукщему циклу измерения сбросом селек-4

Х тора 12 и накопителя 14 в исходное состояние соответствующими сигналами блока 2 управления.

Ультразвуковой измеритель скорости движения среды, содержащий генератор с прямолинейной модуляцией частоты, связанный через коммутатор с электроакустическими преобразователями,,подключенную,к коммутатору последовательную цепь из усилителя, смесителя, связанного вторым входом с генератором и фильтра низкой частоты, а также блок управления, Соединенный с генератором и коммутатором, и индикаторы скорости устройства и скорости движения среды, о т л.и ч а ю шийся тем, что, с целью одновременного из-. мерения скорости ультразвука в среде и повышения точности, он снабжен последовательной цепью из фильтра высокой частоты и преобразователя периоднапряжения, включенной между выходом смесителя и индикатором скорости ультразвука и вычислителем в виде последовательно соединенных ждущего генератора импульсов стабильной длительности и амплитуды, селектора и накопителя, при этом выходы фильтров высокой и низкой частот. соответственно соединены с входом запуска ждущего генератора и входом селектора, блок ,.управления связан с селектором и иа копителем, а индикатор скорости движения среды, выполненный в виде измерителя отношения постоянных.напряжений, включен между выходом вычислителя и индикатором скорости ультразвука в среде.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

134920, кл. G 01 Р.5/00, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР

В 494693, кл. G01 Р 5/00, 1973 (прототип1.

ВНИИПИ Заказ 9417/40

Тираж 801 Подписное

Филиал ППП "Патент",,г. Ужгород, ул. Проектнаяу 4;