Ультразвуковой расходомер Советский патент 1984 года по МПК G01F1/66 

DO

о

41

9 Изобретение относится к ультразву ковой измерительной технике и может найти применение в технике непрерывного контроля расхода жидких и газообразных сред. Известен ультразвуковой расходомер, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода два излучающих преобразователя подключенных к генераторам, и два приемных преобразователя через усилители связанные со схемой выделения разностной частоты, выход которой подключен через измеритель частоты к индикатору, а также модуляторы, подключенные между выходами усилителей и входами генераторов Cl3Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ульт развуковой расходомер, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода по углам равнобедренного треугольника три электроакустических преобразователя, вьшолненных с двухлучевой диаграммой нат правленности, генератор, подключенны к одному из преобразователей, схему измерения разности фаз, подключенную к двум преобразователям, расположенным на противоположной стенке трубопровода, индикатор, подключенн{ 1й к выходу схемы измерения разности фаз Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная наличием динамической асимметрии амплитуд сигналов, прошедших в направлении по и против потока измеряемой среды. Эта асимметрия приводит к значительным погрешностям и снижению точности измерений. К тому же, при контроле известным способом сред, характеризуемых большим затуханием ультразвука, в них наблюдается сдвиг рабочего диапа зона изменения фаз за пределы рабочей характеристики фазового детектор другими словами, диапазон измерения расхода контролируемой среды ограничен сверху максимально допустимой разностью фаз, прошедших поток колебаний ДЧ„ц 360 . Целью изобретения является увеличение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в ультразвуковом расходомере, содержащем .расположенные на противоположных стенках трубопровода по углам равнобедренного треугольника три электроакустических преобразователя, вьтолненные с двухлучевой диаграммой направленности, генератор и измерительный блок, соединенный с индикатором, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных предварительного усилителя, амплитудного детектора широкополосного усилителя и частотомера, причем выход генератора подключен к двум электроакустическим преобразователям,расположенным на одной из стенок -трубопровода, а вход предварительного усилителя подключен к третьему электроакустическому преобразователю, расположенному на противоположной стенке трубопровода. Сущность технического решения заключается в следующем. Если принять угол раствора лепестков диаграммы направленности приемного электроакустического преобразователя равным/ соп9, то мгновенное напряжение на приемном электроакустическом преобразователе при условии одновременного возбуждения обоих излучателей описывается вьфажением COS atcos(u)-t+4) гдеУ амплитуда электрического сигнала на приемном электроакустическом преобразователе при начальньк условиях (скорость потока равна нулю ); Si - частота биений или круговая частота амплитудной модуляции, возникающая в результате пространственной интерференции двух акустических волн при V 0 ш - несущая круговая частота; Ц - сдвиг фазы; V - Скорость контролируемого потока. В статике, когда , амплитуда электрического сигнала на приемном электроакустическом преобразователе описывается выражением v v cos V/2ген mcxx. пер амплитуда электрическоген. го сигнала несущей частоты на выходе генератора, 1 kpg - коэффициент передачи преобразователя расход при V 0. В динамике, когда VjO, амплитуда электрического сигнала на приемном электроакустическом преобразователе описывается выражением: V -V cosQt . Частоту пространственных биений, несущей частоты, возникающей в резул тате интерференции двух направленных по и против потока волн, определяют из выражения 2 - sin Ч/2 2VC Sin ) V а 1 I ( 1 я, у -(Vsin4/2) l-(- 5in4/2f где V/C - критерий Маха. ПРИ малых значениях критерия Маха (,1), членом (- sin4/2)2, можно пренебречь. Тогда выражение (4 принимает вид Wi. где - проекция вектора ско рости потока на вектор скорости звук Из выражения (5), видно, что част та биений, возникающая в результате интерференции двух акустических волн проходящих через контролируемую- среду по и против потока, пропорциональ на скорости потока и является мерой объемного расхода. Объемный расход контролируемой среды равен , (6) где 5 - площадь поперечного сечения трубопровода. На чертеже представлена блок-схема устройства. :U)r (4 6 Расходомер содержит расположенные на -противоположных стенках трубопровода 1 два излучающих 2 и 3 и один приемный 4 электроакустических преобразователя, генератор 5, предварительный усилитель 6, амплитудный детектор 7, широкополосный усилитель 8, частотомер 9 и индикатор 10. Устройство работает следующим образом. Биморфные преобразователи 2 и 3 с двухлучевой диаграммой направленности, возбуждаемые от генератора 5, излучают ультразвуковые волны по потоку и против потока соответственно. Ультразвуковые волны, прошедшие измеряемую среду по и против направления потока, принимаются приемным преобразователем 4, имеющим такую же диаграмму направленности, что и преобразователи 2 и 3. Мгновенное напряжение переменного тока на выходе электроакустического преобразователя 4 описывается выражением (2). Для работы амплитудного детектора на линейном участке рабочей характеристики сигнал с выхода электроакустического преобразователя 4 усиливается предварительный усилителем до уровня,достаточного для работы амплитудного детектора. Для нормальной работы частотомера 9 сигнал с выхода амплитудного детектора 7 усиливается широкополосным усилителем низкой частоты 8. Индикатор 10 показывает величину, пропорциональную скорости потока или объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе 1, приведенных к нормальным условиям (,15 К и ,101048 МПа). Устройство позволяет повысить точность измерения, расширить динамический диапазон скоростей контролируемых потоков.

4 Л

V

f //////////}d ///////////.

// 1 Щ Г7/7777//Щ Щ(7/Л ,,,„...,„,,,„.,,,.„.,,.

2 VJ

укл

т

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода по углам равнобедренного треугольника три электроакустических преобразователя, каждьй из которых выполнен с двухлучевой диаграммой направленности, генератор и измерительный блок, соединенный с индикатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения , измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных предварительного усилителя, амплитудного детектора, широкополосного усилителя и частотомера, причем выход генератора подключен к двум электроакустическим преобразователям, расположенным на одной из стенок трубопровода, a вход предварительного усилителя подключен к третьему электро(Л акустическому преобразователю, расположенному на противоположной стенс ке трубопровода.