Измеритель скорости потока

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i»964542 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)-ЗаявлеHo 11.12,80 (21) 3216013/18»10

Р1 М g+ з с присоединением заявки ¹â€”

Q 01 P 5/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликованО 0710.82, Б оллетень № 37

1331УДК 681.121 (088.8) Дата опубликования описания 07. 10.82 (72) Автор изобретения

A.Â. Дорошков

Сумской филиал Харьковского ордена Ленина пол института им. В.И. Ленина (71) Заявитель (54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА г

Устройство относится к ультразвуковой технике и может быть использовано, в частности, для контроля и измерения скорости потока текущих сред, а также скорости движения тел в указанных средах.

Известен одноканальный измеритель скорости потока, основанный на фазовом методе, содержащий последовательно включенные генератор, иэлучактпий и приемный электроакустические преобразователИ, фаэометр, второй вход которого через фазовращатель подключен к выходу генератора.

Принцип действия данного измерителя основан на измерении разности фаз излученных колебаний и колебаний, прошедших под углом, отличным от 90о, к вектору скорости потока текущей среды (известное расстояние от электроакустического излучакице го преобразователя к приемному) (1).

Недостатком данного устройства является большая погрешность измерений. Это обусловлено тем, что регистрируемая разность фаз сигналов зависит не только от скорости движения потока, но и от температурных и концентрационных изменений скотзости. ультразвука.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее два электроакус5 ..тических канала, каждый нэ которых .состоит из излучающего и приемного . электроакустических преобразователей, генератор, фазовращатель и фазометр (2g.

Изменения фаэ сигналов на приемных преобразователях, вызванные скоростью потока, получаются близкими по модулю и противоположными по знаку. В то же время изменения фаз, возникающие за счет температурных или концентрационных изменений скорости ультразвука.в среде, получаются равными по знаку и близкими по модулю. В этой связи в .устройстве достигается усиление зависимости разности фаэ сигналов (а следовательно, и напряжения на выходе фазометра) на приемных преобразователях от величины скорости потока и ослабление зависимости от температурных и концентрационных изменений скорости ультразвука..Однако сильно ослабить влияние температурных и концентрационных изменений скорости ультразвука в известном устройстве не удается из-за ограниченных воэможностей вы964542 равнивания средних значений волновых длин хода лучей в каналах путем механического изменения положеныя электроакустических преобразователей.

Обеспечить требуемую точность механических перемещений, как извест- 5 но, трудно особенно при частотах ультразвуковых колебаний более 1 мГц.

В результате наличия больших погрешностей механической установки появляется нескомпенсированная средняя 10 разность хода лучей в каналах, из-эа которой имеется достаточно сильная зависимость выходного напряжения от температурных и концентрационных изменений скоРости ультРазвука,что 5 ограничивает точность устройства, особенно при его эксплуатации в средах с большим диапазоном изменений скорости ультразвука.

Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение процесса настройки устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены второй генератор, первый и второй смесители, первый и второй низкочастотные фильтры, причем второй генератор подключен к второму:излучающему электроакустическому преобразователю, входы первого смесителя подключены к выходам генератора, а его выход через первый низкочастотный фильтр и фазовращатель подключен к одному из входов фазометра, входы второго смесителя подключены к приемным электроакустическим преобразо- 35 вателям, а его выход через второй низкочастотный фильтр подключен ко второму входу фазометра. На чертеже приведена блок-схема устройства. 40

Устройство содержит два генератора 1 и 2, подключенные к двум электроакустическим каналам, состоящим из излучающих 3 и 4 и приемных 5 и 6 электроакустических преоб- 45 разователей каждый, последовательно включенные первые смеситель 7 и низкочастотный фильтр 8 и вторые смеситель 9 и низкочастотный фильтр

10. Входы первого смесителя 7 подсоединены к излучающим 3 и 4, а входы второго смесителя 9 — к приемным 5 и 6 электроакустическим преобразователям. Выходы низкочастотных фильтров 8 и 10 непосредственно и через фазовоащатель 11 соединены со входами фазометра 12. Выход фаэометра 12 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные колебания At генераторов 1 и 2 поступают на излучающие электроакустические преобразователи 3 и 4 и на входы пеРвого смесителя 7. Возбужденные излучающими преобразователя- 65 ми 3 и 4.ультразвуковые волны проходят через исследуемую среду и попадают на приемные электроакустйческие преобразователи 5 и 6, которые преобразуют их в электрические колебания

Щ(Ф (1+ Ук )+ о о

inr ÄtU * А s

+ — - — v

lg а

U6 А s

Ь

ek L

yL где „, L<

COSQ ) (1 + — ")— чо + Vp

i nfl>t

COSQ g расстояния между иэлу чающими и приемными электроакустическими преобразователями в первом и во втором каналах; среднее значение скорости распространения ультразвука в среде1 составляющая скорости ультразвука, обусловленная температурными и концентрационными изменениями среды1 скорость потока среды; угол между вектором скорости потока и ультразвуковыми лучами в каналах; амплитуды колебаний.

v, АЬ

От приемных электроакустических, преобразователей сигналы поступают во второй смеситель 9. Продуктом перемножения сигналов в смесителе 9 являются колебания с частотой и фазой, равными разности частот и фаз входных колебаний, а также колебания с частотой и фазой, равными сумме частот и фаз входных колебаний.

Однако через второй низкочастотный фильтр 10 проходят на вход фазометра 12 только колебания разностной частоты и фазы

О» = 0,5А А cos ((Ф -в ) t () (1 - — «-) +

VO Vð î

Vcos (ый Lq eL й / У р

На второй вход фазометра 12, пройдя первый низкочастотный фильтр 8 и фазовращатель 11 (служащий для на чальной установки нуля фаэометра), поступают колебания разностной частоты и фазы с выхода первого смесителя 7

U = О, 5A< A < s i n E(ce„

Clip ) t) °

964542

Формула изобретения.

15 ии

2Vco Ы. C tC

Н.И. ультразвуковая

".Энергия", 1968, 1. Бражников фазометрия. М., 50 с. 181-212.

2. Авторское.9 127077, кл..G тотип).

К в

На выходе фазометра возникает напряжение, пропорциональное разности фаз сигналов на его входах

V cosE ор = (иР„+ма L<) + (1 Ук ) ((6 -1 х (-й ) 0 "0 О

Первая составляющая этого напряже.— ния (полезный сигнал ) V,= дй — "44 + ru,L ) =

Ч cos+ о

2Vcos оЕси LV o прямо пропорциональна скорости потока, .вторая у (1+ Х )(UqLy LU L )

М î о в общем случае пропорциональна температурным и концентрационным изменениям скорости ультразвука, т.е. является источником погрешности.

Однако при обеспечении равенства средних значений волновых длин хода лучей ультразвука. в каналах

QJ L4 ul L 2 °

y0 Vo влияние изменений скорости ультразвука на результаты измерений может быть сделано сколь угодно малым, а следовательно, обеспечивается и повышенная точность измерений.

Для доказательства находим величину выигрыша по точности измерений.

Относительная погрешность / измерений скорости потока при помощи известного устройства равна с л

Относительная погрешность д измерений при помощи предлагаемОго устройства равна

Величина выигрыша по точности измерений, определяемая как дL

L оказывается равной отношению относительных погрешностей выравнивания расстояний между излучающими и приемными электроакустическими преобразователями в каналах a L L и относительных погрешностей . 2aovw установки частоты генерато— ров.

Устройство позволяет существенно повысить точность измерения скорости потока.

Измеритель скорости потока, содержащий два электроакустических канала, каждый из которых состоит из излучающего и приемного электроакус3р тических преобразователей, генератор, выход .которого подключен.к одному из излучающих электроакустических преобразователей," фазовращатель и фазометр, отличающийся

25 тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения процесса настройки, в него введены второй генератор, первый и второй смесите-ли и первый и второй низкочастот3р ные фильтры, причем второй генератор подключен к второму излучающему электроакустическому преобразователю, входы первого смесителя подключены к выходам генераторов, а его выход

З5 через первый низкочастотный фильтр и фазовращатель подключен к одному из входов фазометра, входы второго .смесителя подключены к приемным электроакустическим преобразователям, 40 а его Выход через Второй низкочастотный фильтр подключен к второму входу фазомет— ра.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе свидетельство СССР

01 Р 5/00,1955 (про964542 .

Составитель Н. Бурбело

Редактор Л. Лукач Техред M.Ãåðãåëü Корректор А. Гриценко

Заказ 7620/24 Тираж 887 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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