Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока Советский патент 1983 года по МПК G01P5/24 

Изобретение относятся к измерительной технике и может быть использовано для измерения вихревого компонента CKopdcTH потока. Известно устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, содержащее два обратимых акустических преобразователя, п отражателей, коммутатор и измерительную схему, состоящую из генератора импульсов, двух усилителей мощности, двух приемных усилителей, двух ампли тудных детекторов, двух нормализаторов уровня, формирователя, двух . :преобразователей, блока задержки, двух ключей, одновибратора, руль-органа, двух триггеров, блока квантова ния и блока управления Cl Недостатком этого устройства является низкая точность измерения из-за замкнутости акустического контура. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является v устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, содержащее два обратимых акустических преобразователя, отражателей, расположенных в вершинах многоугольника, импульсный генератор, два усилителя мощности, коммутатор, блок управления, два измерительных канала, каждыйиз которых состоит из последовательно соединенньг54 приемного усилителя, амплитудного детектора и.нормализатора уровня, а также .блок задержки, вычитающее устройство, три триггера, источник опорного напряжения, четыре интегратора, два ключа, одновибратор, две схемы сравнения, блок задания начальных условий и демодулятор Сз Недостатком и:звестного устройства является низкая точность измерени обусловленная разрмкнутостью акустического контура и сложностьк) юстировки узконаправленных акустических преобразователей и отражателей. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения вихревого компонента скорости потока с&держащее импульсный генератор, вйхрд которого через усилитель мощности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два ;1(анала измерения, каждый из котор ых состоит из последовательно соединен .ных приемного усилителя амплитудно го детектора и нормализатора уровня выходы нормализаторов уровня один непосредственног а второй через блок задержки подключены к входам вычитаище х) устройства, выход котор го чеоез первый нуль-орган подключен к первым входам первого и второ го триггеров и к управляющему входу первого ключа, интегратор,.вход которого через первый ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления, подключенный к входу импульсного генератора,управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, введены п акустических преобразователей, расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган, инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первая и вторая схемы совпадений, первый и вторсэй счетчики импульсов, генератор образцовой частоты, цифро вое квадрирующее, делительное и отсчатное устройства, причем каждый из п акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер, одновибратор, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первую схему совпадений и первый счетчик импульсов подключен к первому входу дифровото делительного устройства, второй вход которого через цифровое квадрирующее устройство, второй счетчик импульсов и вторую схему .совпадений подключен к единичному выходу первого триггера, а выход - к цифровому отсчетному устройству, выход генератора образцовой частоты подключен к вторым входам первой и второй схем совпадений, вторые входы первого и второго счетчиков импульсов подключены .к блоку управления, вход инвертора подключен к выходу нормализатора уровня первого канала, а выход через второй ключ подключен к первому входу интегратора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены. к второму ВХОДУ интегратора и входу первого триггера, выход второго триг-f гера подключен к управляющему входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ. На фиг. 1 представлена структурная схема; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. Устройство содержит акустические преобразователи 1 - .1, образующие вершины многоугольника, блок 2 управления, коммутатор 3, приемные усилители 4 и 5, усилитель б мощности, амплитудные детекторы 7 и 8, импульсный генератор 9, первый 10 и второй 11 нормализаторы уровня, блок 12 задержки, вычитающее устройство 13, инвертор 14,первый ключ 15, второй ключ 16, первый нуль-орган 17, интегратор 18, третий ключ 19, первый триггер 20, второй нуль-ор ган 21, второй pиггёp 22, одновибратор. 23, логический элемент 24 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератор 25 образцовой час.тоты, первую 26 и вторую 27 схемы совпадений, первый 28 и второй 29 счетчики импульсов, цифровое квадрирующее 30, лелительное 31 и от счетное 32 устройства. Устройство работает следующим образом. . В исходном состоянии комг татор 3, ключи 15, 16 и 19 разомкнуты, Триггера 20 и 22 находятся в нулевом состоянии. . Измерение вихревого компонента скорости потока в предлагаемом устройстве ПРОИСХОДИТ за г тактов, зад ваемых блоком 2 управления. В первом такте в момент времени t по/команде блока 2 управления (фиг. 2d)запускается импульсный ге нератор 9 (фиг. 25), первый триггер 20 устанавливается в единичное состоягние (фиг. 2 3 ), открывает вторую схему 2.7 совпадений, за1 ыкает трети ключ 19-и соединяет вход интегратор 18 с общей шиной, интегратор 18 переводится в режим задания нулевых . начальных условий. Импульсы с генератора 25 образцовой частоты начина ют поступать на второй счетчик 29 . импульсов Лфиг, 2и). Коммутатор 3 подключает к акустическому преобразователю 1 :усилитель б мощности, а к акустическим преобразователям l и 1 - приемные усилители 4 и 5. Импульс заданной длительности и частоты, сформированный генератором . 9, После усиления по мощности при помощи усилителя б поступает на акус тический .преобразователь 1, располо женный в одной вершине многоугольник Преоб)азователь- 1 излучает акустический импульс, который принимается соседними преобразователями 12 и If, в моменты времени t. и/t„- € |. Выходные сигналы преобразователей 12 и If,, через коммутатор 3 поступают на приемные усилители 4 и 5, затем подвергаются амплитудному детектированию,при помощи блоков. 7 и 8 и нормализации по уровню при помощи блоков. 10 и 11 (фиг.- 2 в,г). Выходной .сигнал перового нормализатора 10 непосредственно, а второго нормализатора 11 через блок 12 задержки- (.фиг. 26), поступает на входа вычитающего устройства 13.. В результате текущее значение выходного . напряжения вычитающего устройства 1 р.авно (фиг. 2е) ; ). J где К gs, -коэффициент передачи вычи . тающего устройства 13. и V, (t) - выходной сигнал нормали за тора 10} ( вьаходной сигнал нормали- ; затора 11, сдвинутый по времени на отрезок при помощи блока 12 задержки. В моменты перехода выходного напряжения вычитающего устройства через нулевой уровень срабатывает нуль-орган 17 (фиг. 2ж), в момент времеии ty выходной сигнал нуль-органа открывает первый ключ 15 и переводит первый триггер 20 в нулевое состояние. При этом третий ключ 19 раз1« кается схема 27 совпадений закрывается и счетчик 29 прекращает счет поступивших на него импульсов с генератсчра . 25 образцовой частоты. Код Я-|- . зафиксированный в счетчике 29, пропорционален времени прохождения TV, акустических Сигналов между излучшощим и приемным преобразова гёлями во вращающейся ЖИДКО9ТИ. В момент времени t2 интегратор 18 переводится в режим интегрирования выходного напряжения вычитающего устройства 13 (фиг. 2 с, причем его выходное напряжение имеет вид VitlSt . (2) где Tj - постоянная времени интегратора 18.. Практически форма выходных импульсов нормализаторов уровней 10 и 11 может быть сделана близкой к трапецеидальной (фиг. 2 в, г), в результате на выходе вычитакяцего устройства 13 импульс имеет также трапецеидальную форму. Учитывая вьпческазаннЬе, выходное напряжение интегратора,18 примет вид t. + T, где f - временной сдвиг между принятыми сигналами, обуслов ленный наличием вихря в жидкости; UQ - уровень ограничения нормализаторов 10 и 11. В момент t выходной сигнал нуль-органа 17 размыкав ; первый ключ 15, переводит второй триггер 22 в единичное состояние (фиг. ) , в результате чего второй ключ 16 замыкается (фиг. .2K.J и на вход интегратора 18 подается выходное напряжение первого нормализатора 10, проинвертированное с масштабным коэффициентом Kf. Выходное напряжение интегратора 18 начинает уменьшаться (фиг. 2л) и, когда оно достигнет нулевого уровня (момент времени tg), срабатывает второй нуль-орган 21, который переводит триггер 22 в нулевое состояние и размыкает ключ 16. На выходе триггера 22 формируется временной интервал Ти , равный ,() Выходной сигнал триггера 22 пост пает на логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и запускает одновибратор 23,. длительность импульса которого равна (фиг. 2 м . Выходной сигнал одновибратора 23 подается на второй вход логич(эского элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, И на выходе последнего формируется временной интер вал длительностью (фиг. 2) При этом в момент времени t. открывается первая схема 26 совпадений, и импульсы с генератора 25 образцо вой частоты поступают в течение ин.тёрвала К «г на первый счетчик импульсов 28 (фиг. 2о) . В момент вре мени t схема 26 совпадений закрывается и счетчик 28 прекращает счет поступивших импульсов. Выходной КОД счетчика 28, равный N.j , поступает на один вход цифрового делительного устройства 31, на другой вход которого подается выходной код NT с цифрового квадрирующ го устройства 30, входом соединенного с выходом счетчика 29 импульсов (фиг. 2nJ . На выходе делительного устройства 31 формируется код М, равный N-,k,-T2 Т. где К - коэффициент пр6пор цко- нальности. Код М поступает на цифровое отсчет ное устройство 32. Затем наступает второй такт рабо устройства. Коммутатор 3 подключает к акустическому преобразователю 2 усилитель 6 мощности, а к акустичес КИМ преобразователям 1J, и 1 - пр емные усилители 4 и 5. Далее происходит процесс излучения преобразователем 1 и приема акустических сигналов преобразователями 1. Затем измеряется рнзиость времен пр хода iTj и время Т2 прохождения сигналов между излучаемым и приемны преобразователями. Во втором такте счетчик 28 фиксирует коя( а счетчик 29 - код (NT + NT )1 На выходе делительного устройства 31 формируется код, равный , , rs 2 /м о. м г (/%Г который подается на цифровое отсчетное устройство 32. Аналогично происходит работа устройства в третьем и последующих тактах работы устройства. В п-ом такте преобразователь 1, работает в качестве излучателя, а преобразователи 1 и 1 работают на прием. По окончании п-го такта на цифровом отсчетном устройстве 32 появляется результат измерения при К -, К 2 . . К п К : fe . (.. 42 LiN и/ Таким образом, выходной код устройства после п-го такта работы пропорционален среднему значению.. вихревого компонента скорости потока, п - КК L K..L.4 -fc , .г к . -и к ( , rot у -2 ° (t-T т ir-l и/ где т и т - соответственно разность . времен и время прохождения сигналов по периметру многоугольника L. После окончания всего цикла измере(йй выходной сигнал блока 2 управ ления сбрасывает счетчики 28 и 29 в нулевое состояние и все устройство приходит в исходное состояние. В результате использования ненаправленных акустических преобразователей их юстировка существенно упрощается. В устройстве нет ограничений на размеры акустического контура, выполненного в виде многоугольника, что позволяет измерять вихревой компонент скорости потока на большой площади. В предлагаемом устройстве отсутствует погрешность вследствие разомкнутости акустического контура, так как зал тактов работы акустический луч проходит по замкнутому контуру.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИХРЕВОГО КОМПОНЕНТА. СКОРОСТИ ПОТОКА, содержащее импульсный генератор, вы ход которого через усилитесь мощности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два канала измерения, каждый из которых состоит из последовательна- соединенных .приемного усилителя, амплитудного детектора и нормализатора уровня, выходы нормализаторов уровня один непосредственно, а второй через блок задержки подключены к входам вычитающего устройства, выход которого через первый-нуль-орган подключен к первым входам первого и второго триггеров .и к управляющему входу первого ключа, интегратор, вход которого через первый, ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления, подключенный к входу импульсного генератора, управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, отличающееся тем, что, с целью повьииения точности измерения, в него введены п акустических преобразователей, расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган, инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ,.первая и вторая схемы совпадений, первый и второй счетчики импульсов, ге,нератор образцовой частоты, цифровое квадрирующее, делительное и отсчетное устройства, причем каждый из h акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер, одновибратор, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСГЬ, первую схему совпадений и.-первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового , делительного устройства, второй вход S которого через цифровое кваддаирующее (Л устройство,второй счетчик импульсов и вторую схему совпадений подключен к единичному выходу первого триггера а выход - к цифровому отсчетному устройству, выход генератора образ- .§ цовой частоты подключен к вторым входам ттервой и второй схем совпадений, вторые входы первого и второго .счетчиков импульсов подключены к .блоку управления, вход инвертора пода: Т лючен к выходу нормализатора.уров ня первого канала, а выход через второй ключ подключен к первому вхо 4: ду интегратора, нулевой выход перО5 вого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и входу первого триггера, выход второго триггера подключен к управляющему/входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.