СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧИХ СРЕД Российский патент 1997 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения скорости и расхода текучих (жидких, газообразных) сред в базовой структурной схеме стандартных частотно-временных расходомеров.

Известен способ измерения расхода текучих сред, основанный на преобразовании времени прохождения зондирующего импульса через измеряемую среду по потоку и против него в частоты соответствующих генераторов, разность частот которых пропорциональна проекции скорости потока на траекторию зондирующего импульса [1] При этом время прохождения зондирующего импульса от источника к приемнику определяется выражением:

где:
t_з время прохождения зондирующего импульса от источника до границы потока плюс время прохождения зондирующего импульса от границы потока до приемника, т.е. время задержки зондирующего импульса.

L путь, пройденный зондирующим импульсом между входом в поток и выходом из него,
C скорость распространения зондирующего импульса в среде потока,
V проекция средней скорости потока на направление распространения зондирующего импульса,
(+) для импульса распространения по потоку, (-) против потока.

Статическая характеристика расходомера имеет вид

где
N отношение времени прохождения зондирующего импульса от источника к приемнику к периоду частоты генератора,
F разностная частота выходной сигнал расходомера.

В случае, если величина скорости распространения зондирующего импульса в текучей среде непостоянна, наличие произведения t_з•C является источником погрешности измерения.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ измерения расхода, реализованный в устройстве [2] и включающий излучение ультразвуковой волны по и против потока и преобразование времени прохождения зондирующего импульса в частоты соответствующих генераторов с компенсацией времени задержки импульса.

Недостатком данного способа является необходимость в связи с невозможностью реализации отрицательной задержки-запуска зондирующего импульса от некоторого третьего сигнала через переменное время, зависящее от скорости распространения зондирующего импульса, что значительно снижает точность компенсации.

Техническим результатом от использования изобретения является снижение погрешности измерения и повышение точности компенсации времени задержки зондирующего импульса за счет упрощения компенсации.

Это достигается тем, что в способе, включающем излучение ультразвуковой волны по потоку и против него и основанном на преобразовании времени прохождения зондирующего импульса через измеряемую среду в частоты соответствующих генераторов с компенсацией времени задержки импульса, зондирующий импульс запускают одновременно с началом опорного временного интервала, а время распространения зондирующего импульса от источника к приемнику сравнивают с концом опорного временного интервала, увеличенного на время прохождения зондирующего импульса от источника до границы потока плюс от границы потока до приемника.

На фиг. 1 представлена функциональная схема синхрокольца частотно-временного расходомера.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы синхрокольца частотно-временного расходомера.

Способ реализуется следующим образом.

В исследуемый поток (жидкую, газообразную среду) излучают зондирующие импульсы по потоку и против него. Время прохождения импульса от источника к приемнику определяется по известной формуле (1). Одновременно с запуском зондирующего импульса вырабатывается опорный интервал, равный N периодам частоты соответствующего генератора. Задержанный на время задержки зондирующего импульса сигнал окончания опорного временного интервала сравнивают с сигналом приемника зондирующего импульса, и частота соответствующего генератора подстраивается так, чтобы задержанный сигнал окончания опорного временного интервала совпадал с сигналом приемника зондирующего импульса. В этом случае справедливо равенство

где
τ_± период соответствующего генератора.

Частота соответствующего генератора определяется выражением:

Разность частот генераторов по потоку и против него, значение которой связано со скоростью исследуемого потока, определяется выражением:

Таким образом, при компенсации времени задержки зондирующего импульса (t_з= 0) статическая характеристика расходомера становится независимой от скорости распространения зондирующего импульса.

Способ может быть реализован в базовой структурной схеме стандартных частотно-временных расходомеров.

В качестве примера реализации способа представлена функциональная схема синхрокольца частотно-временного расходомера и его временные диаграммы. Синхрокольцо (фиг. 1) состоит из управляемого генератора 1, делителя 2 частоты, формирователя опорного временного интервала 3, задержки 4, дискриминатора 5, источника 6 и приемника 7 зондирующего импульса. Управляемый генератор 1 вырабатывает импульсы (фиг.2а) с периодом τ которые делителем 2 преобразуются в импульсы с периодом Nτ (фиг.2б для N=5), поступающие на формирователь опорного временного интервала 3 (на фиг.2 в выходной сигнал формирователя при использовании в качестве формирователя триггера со счетным входом). Положительный перепад опорного временного интервала запускает источник зондирующего импульса 6 (фиг. 2г). Приемник зондирующего импульса 7 через время, определяемое по формуле (1), вырабатывает импульс (фиг.2д), поступающий на вход дискриминатора 5, на другой вход которого поступает задержанный опорный временной интервал (фиг.2е), отрицательный перепад которого сравнивается с импульсом (фиг.2д). Дискриминатор 5 управляет частотой генератора 1 таким образом, чтобы отрицательный перепад задержанного опорного временного интервала (фиг.2е) совпадает с положительным перепадом импульса приемника.

Использование: в измерительной технике, в базовой структурной схеме стандартных частотно-временных расходомеров. Сущность изобретения: излучают ультразвуковые волны по потоку и против него и преобразуют время прохождения зондирующим импульсом расстояния от излучателя к приемнику в частоты соответствующих генераторов, при этом одновременно с запуском зондирующего импульса формируют начало опорного временного интервала, время распространения зондирующего импульса от источника к приемнику сравнивают с концом опорного временного интервала, увеличенного на время прохождения зондирующего импульса от источника до границы потока и от границы потока до приемника. 2 ил.

Способ измерения расхода текучих сред, включающий излучение ультразвуковой волны по потоку и против него и основанный на преобразовании времени прохождения зондирующего импульса в частоты соответствующих генераторов с компенсацией времени задержки импульса, отличающийся тем, что одновременно с запуском зондирующего импульса формируют начало опорного временного интервала, а время распространения зондирующего импульса от источника к приемнику сравнивают с концом опорного временного интервала, увеличенного на время прохождения зондирующего импульса от источника до границы потока и от границы потока до приемника.