Ультразвуковой расходомер Советский патент 1983 года по МПК G01F1/66 

о

ел

со

4i.

00 SD

Изобретение относится к технике ультразвука и может найти применение для измерений расхода деформированных потоков жидкости.

По основному авт. св. № 569854, известен ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь рахода с несколькими парами приемоизлучающих головок, подключенных через переключатели к формирователю возбуждающих импульсов и усилителю принятых сигналов, генераторы импульсов управляемой частоты выходы которых через переключатели подключены к формирователю возбуждающих импульсов и к дискриминатору времени, -а входы через другой переключатель - к выходу дискрими.натора времени, причем выход усилителя принятых сигналов через переключатель подключен.к входу формирователя, возбуждающих импульсов и к одному из входо-в дискриминатора времени l .

Недостатком известг ого расходомера является недостаточная точность при измерении несимметричных потоков, т.е. потоков с деформированной эпюрой скоростей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений -расходов деформированных потоков.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой расходомер снабжен устройством переклю 1ения каналов, состоящим из схемы И, коммутатора, переключателя каналов счетчика циклов, линии задержки и блока управления и индикации, причем, выход блока управления и индикации через переключатель каналов, второй вход которого через счетчик циклов ,подключен к выходу усилителя принятых сигналов, подключен соответственно к первым входам коммутатора и схемы И, вторые входы которых подключены к выходу формирователя возбуждающих импульсов, выход схемы И через линию задержки подключен к входу третьего переключателя, а выход коммутатора подключен к входам первого и второго переключателей ,

На представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Расходомер содержит преобразователь 1 расхода с четырьмя акустическими каналами, образованными пьезоэлектрическими преобразователями 2-9, первый и второй переключатели 10 и 11, формирователь 12 возбуждающих импульсов, усилитель 13 принятых сигналов, третий переключатель 14, дискриминатор 15 времени, четвертый переключатель 16, импульсные генераторы 17 и 18 управляемой частоты, пятый Переключатель

19, схему. 20 выделения разностной частоты, схему И 21, переключатель 22 каналов, линию 23 задержки, счечик 24 циклов, коммутатор 25 и блок 26 управления и индикации.

Расходомер работает следующим образом.

При цикле измерения, например, по потоку импульсы генератора 17 через переключатель 19 попадают на формирователь 12 возбуждающих импульсов. Импульсы 12 формирователя через переключатель 10 возбуждают пьезопреобразователь 2. Ультразвуковые импульсы проходят через измеряемую среду, принимаются пь.езопреобразователем 6. Высокочастотный сигнал через переключатель 11, усилитель 13 и переключатель 14 попадает на формирователь 12 для его повторного запуска. Таким образом цикл повторяется, поочередно подключая в работу пары преобразователей 3-7, 4-8, 5-9 до ПРИНЯТИЯ сигнала преобразователем 9. После этого сигнал с усилителя 13 через переключатель 14 подается -на вход временного селектора 15, на другой вход которого через переключатель 19 подаются импульсы генератора 17, На выходе дискриминатора ,15 вырабатывается сигнал с определенными параметрами в зависимости от временного расположения опорных и сигнальных импулсов. Этим сигналом через переключатель 16 управляется частота следования импульсов генератора 17 до выполнения условия

. t Т,,(1)

где t - суммарное время распространения ультразвуковой волны во всех акустических каналах

Т, - период повторения импульсов генератора 17,

При переключении расходомера в режим измерения против потока повторяются те же циклы, но в режиме излучения работают пьезопреобразователи 6-9, приема - преобразователи 2-5. При этом справедливо ра-. венство

t Тг, . (2) где - период следования илтульсов генератора 18.

Разность частот генераторов 17 и 18 выделяется в измерительном устройстве 20 и является мерой расхода измеряемой жидкости.

В режиме измерения значения локальной скорости потока каждого акустического канала предлагаемое устройство работает следующим образом.

В блоке управления и индикации расходомера 26 оператором устанавливается порядок и частота опроса

каналов. Например, установлен первый канал (пьезопреобразователи 2-6) и опрос в процессе 5 циклов. При этом переключатель каналов 22 вырабатывает сигнал для управления работой коммутатора каналов 25 и схемы И 21. Коммутатор каналов 22 своим выходным сигналом переводит переключатели 10 и 11 в такое состояние, когда импульсы с формирозатеУгя 12 не попадают на пьезопреобразователи 3-5 и 7-9. I

В режиме излучения по потоку импульс с генератора 17 через переключа1тель 19 попадает на вход формирователя 12/ импульс которого через переключатель 10 возбуждает пьезопреобразователь 2. Ультразвуковой сигнал, проходя через измеряемую среду, принимается преобразователем 6, сигнал с которого через усилитель 13 и переключатель 14 запускает формирователь 12. Импульс последнего не попадает на преобразователь 3, так как переключатели 10 и 11 закрыты сигналом управления коммутатора каналов, а через схему И 21, линию 23 задержки, время : адержки которой выбирается равном времени распространения во втором канале, и переключатель 14 попадает на.вход формирователя 12. Цикл повторяется до имитации прохождения сигнала через четвертый канал, после чего через переключатель 14 сигнал попадает на вход временного дискриминатора 15. Далее происходит описанный процесс по управлению периодом следования импульсов генератора 17 до выполнения условия

(zw.|,ll-., «)

где 6,, , «. - длины первого и i-ro акустического канала

С - скорость ультразвука в измеряемой среде;

( - среднее значение скорости потока по 1 каналу.

При режиме измерения против потока повторяются те же циклы: сигнал проходит только по первому каналу (преобразователи 6-2), а работу остальных каналов имитирует линия 23 задержки.

Период следования импульсов генератора 18 определяется выражением

--(;1)-..

0

Разность частот генераторов выделяется в измерительном устройстве 20, величина которой пропорциональна величине осредненного значе5ния скорости потока вдоль первого каналаy g

ьР

1

4

I- .1 е

где

- суммарная длина акус0- . тических каналов, tj - суммарное время

задержки в лектронных узлах, в мембранах акустических ка5налов.

После определения величины скорости по первому каналу (пятикратного повторения описанного цикла измерений) счетчик 24 цикла выдает

0 сигнал на переключатель каналов. Последний своим управлякяцим сигналом перестраивает работу коммутатора 25 каналов и переключателей 10 и 11 так, что измерения проводятся по второму каналу. Аналогичным .

5 образом опросу подлежат все каналы.

Затем, сравнивая измеряемые значения локальных скоростей потока вдоль отдельных каналов с значения0ми, определенными в условиях градуировки, выбирается среднее значение поправочного коэффициента для диапазона расхода. Данный коэффициент корректирует в измеритель5ном устройстве 20 показания, известного расходомера, тем самым обеспечивая высокую точность измерения потоков с деформированной эпюрой скоростей.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР по авт. св. № 569854, отличаю щи и с я тем, что/ с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерени-я потоков с несимметричной эпюрой скоростей, он снабжен устройством п|реключенйя каналов, состоящим из схемы И, KONBvjyTaTopa, переключателя каналовJ счетчика циклов, линии задержки и блока уцйгавления и индикации, причем выход блока управления .и индикации через переключатель каналов, второй вход которого через счетчик циклов, подключен к выходу усилителя принятых сигналов, подключен соответственно к первым входам коммутатора и схемы И, вторые входы которых подключены к выходу формирователя возбуждающих импульсов, выход схемы И через линию задержки подключен к входу третьего переключателя, а выход коммутатора подключен к входам первого и второго переключате(Л лей.