Ультразвуковой расходомер Советский патент 1983 года по МПК G01F1/66 

Изобретениа относится к измериГельной технике и может быть ис-Аользовано для измерения жидкостей в различных областях народного хо$яйства. Известны ультразвуковые расходемеры, содержащие одну или несколько пар электроакустических преобразова телей, расположенных на трубопроводе под углом к его оси и подключенных к формирователю временных интер .валов, обеспечивающему зондирование контролируемого потока жидкости с помощью ультразвуковых сигналов. По лучаемая при этом разность времен распространения сигналов по потоку и против потока жидкости, прямо про порциональна ее скорости 1. Недостатком данного расходомера является низкая точ.ность намерения из-за влияния на результат измерени скорости распространения ультразвука. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой импульсно-фазовый ра ходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя подключенных через коммутатор, один вход которого соединен с генера.тором, а другой со схемой логики подключен к блоку разности, первый которого через первую схему сов падения подключен к первому счетчик а второй через второй - к входу схемы сравнения кодов, второй вход которой через третий счетчик, у.1ножитель частоты и схему измерени коэффициента углножения подключен к мерителю временного интерзала, вход которого подключены соответственно выходам коммутатора и схеме логики. Устройство содержит дополнительн генератор, выходы которого подключе к умножителю частоты и через вторую -схему совпадения, второй вход котор подключен к измерителю временного и тервала, к второму счетчику, при это выход схемы сравнен тя кодов подключен, к вторым входам первой схемы со падения и третьего счетчика 2. Недостатком данного расхо7домера является низкая точность .измерения йз-за зависимости результата измерения от скорости распространвггия ульт развука вдоль стенки трубопровода, Целью изобретения является повы шение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, размещенных на противоположных стенках трубопровода и подкл}оченных через блок .генерации и приема сигнала к входам блока разности, а также первый измеритель временного интервала, снабжен первой линией задержки, блоком коррекции и измерителем фазовой скорости, состоящим из двух электроакустических преобразователей, размещенных Симметрично относительно одного из обратимых электроакустических преобразователей на равных расстояниях .от стенки трубопровода и подключенных один непосредственно, а другой через вторую линию задержки к входам второго измерителя временного интервала, причем выходы блока генерации и приема сигнала один непосредственно, а другой через первую ЛИНИЮ задержки подключены к первому измерителю временного интервала, а входы блока коррекции подключены соответственно к выходам блока разности и первого и второго измерителей временного интервала. При этом блок коррекции выполнен в виде первого и второго умножителей и су№ 1атора, причем первые входы уг-дножителей соединены и подключены к первому входу сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к В1,1ходам первого и второго y нoжитeлeй, На чертеже изображена блок-схема устройствсх. Ультразвуковой расходомер состоит КЗ двух обратимых электроакустических преобразователерЧ 1 и 2, закрепленных при помощи звукопроводов 3 и 4 Hii противоположных стенках трубопровода, блока 5 генераций и приема сигнала, блока 6 разности, первой ЛИНИИ 7 задержки, первого измерителя 8 временного интервала, измерителя 9 фазовой скорости, содержащего два электроакустических преобразователя 10 и 11, вторую линию 12 задержки и второй измеритель 13 временного интерзала. Блок 14 коррекции содержит два умножителя 15 и 16 и сумматор 17. Ультразвуковой расходомер работав т с лед ующ им образ ом. Злок 5 генерации и приема сигналов вырабатывает электрические сигналы, Fia,npHMep импульсы, под действием 1СОТСРЫХ обратимыгли электроакустическим - преобразователями 1 и 2 излучаются ультразвуковые сигналы в трубопровод по потоку и против потока жидкости. После прохождения контролируемой жид кости данные сигналы вновь преобразуются преобразователями 1 и 2 3 электрические и воспринимаются блоком 5 генерации и приема сигнала,который производит формирование интервалов времени, пропорциональных времени распространения си)налов по потоку и против потока жидкости D E-3 te9D-u :;csiwg) - -я;-- --t B, E-Dt rgCi-vJ/(cging)

где Т , Т - времена распространения ультразвука по потоку и против потока жидкости; D - диаметр трубопровода; С, б - скорость и угол распространения ультразвука в жидкости;

2 - расстояние между точками ввода и вывода ультразвуковой волны из стенки трубопровода; и - скорость потока жидкости;

V - фазовая скорость ультразвука вдоль стенки трубопровода, т.е. скорость движения фронта ультразвуковой волны вдоль стенки; t - время распространения

ультразвука в звуко.проводах 3 и 4.

Из данных интервалов времени блоком б разности определяют разностный интервал времени, пропорциональный измеряемой скорости потока и

uT--T,,--KuV, (.i)

где Ку D/(С V cosS) . Коэффициент преобразования расходомера KV мохсет быть определен через полусумму времен распространения Т. и Т

к jTiv - е

(TzV- е)

где (Т..,+Т )/2-tjg

Для компенсации зависимости коэффициента преобразования и результата измерения Т от скорости ультразвука в контролируемой жидкости и в стенке трубопровода первым измерителем 8 временного интервала и измерителем 9 фазовой скорости ульразвука вдоль стенки трубопровода измеряются отклонения величин Tj и V от своих номинальных (средних) значений. При этом измеритель 8 работает следующим образом. Первые импульсы, поступающие на вход первой линии 7 задержки и сигнализирующие о начале интервалов времени Т и Т, задерживаются ею на время равное номинальному значению полусуммы времен Т и Tj - . Поэтому первым измерителем 8 временного интервала будет измерен разностный интервал времени Tj-Tg.

(.)VT.,, (4)

где Y -вЕзКодная величина измерителя 8 (например, цифровой код или напряжение); К, -коэффициент преобразования

измерителя 8;

Ту -номинальное значение ве° личины T-j.

Принцип действия измерителя 9 фазовой скорости ультразвука вдоль стенки трубопровода следующий. Ультразвуковой сигнал, распространяющийся от электроакустического преобразователя 1, после прохождения контролируемой жидкости распространяется в стенке трубопровода и поочередно поступает на акустические приемники 10 и 11. Интервал времени между момен0тами поступления сигналов на приемники 10 и 11 составит величину

t S/V(5)

где S - расстояние между приемниками 10 и 11 вдоль стенки трубопровода .

5

Сигнал с приемника 11 дополнительно задерживается второй линией 12 задержки на время, равное номинальному значению времени t. Поэтому вторым измерителем 13 временного интервала

0 будет измерен разностный интервал времени и на его выходе образуется сигнал

ДУ V

(6)

V z V

-

YV,

5

t - S/VQ , tlV - V Vp uV V -V

где

К„ - коэффициент преобразования

второго измерителя 13 временного интервала;

0 t- - время задержки сигналов

линией 12 задержки; V - номинальное значение скорости ультразвука вдоль стенки трубопровода. Измеренные величины Y и Yy ум5ножаются блоками 15 и 16 умножения на выходную величину блока 6 разносTHAY . После сум мирования сумг-1атором 17 выходных величин блоков 15 и 16 умножения и величины YA на его

0 выходе образуется сигнал, величина которого в соответствии с выражениями (3), (4), (6) определяется следующим образом

(Tj.v-e)%.t,

1

5

4HKvK,AT.),C-,)

де К - коэффициенты преобра0зования .

При правильном выборе коэффициентов преобразования измерителей 8 и 13 К. и К

- l.5j lioli)v.

55

к.1 к/ 1,Т..)ЬТ)(т,)

,T,

) (8)

5 KV

Хо

изменения скорости ультразвука в контролируемой жидкости Сив стенке трубопровода V будут приводить к изменению сомножителей в выражении (7), Данные изменения бУДУт одинаковы по величине, но противополож

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, размещенных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через блок генерации и приема сигнала к входам блока разности, а также первый измеритель временного интервала , отличающийся тем, что, -с целью повышения точности измерений, он снабжен первой линией задержки, блоком коррекции и измерителем фазовой скорости, состоящим из двух электроакустических преобразователей, размещенных симметрично относительно одного из обратимых электроакустических преобразователей на равных расстояниях от стенки трубопровода и подключенных один непосредственно, а другой через вторую линию задержки к входам второго измерителя временного интервала, причем выходы блока генерации и приема сигнала один непосредственно, а другой через первую линию задержки подключены к первому измерителю временного интервала, а ВХОДЫ блока коррекции подключены соответственно к выходам блокаразности и первого и второго измерителей временного интервала. сл 2. Расходомер поп.1, отличающийся тем, что блок корс: рекции выполнен В виде первого и второго .умножителей и сумматора, причем первые входы умножителей соединены и подключены к первому входу сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго о умножителей. со СГ) С71 с