Ультразвуковой одноканальный способ измерения расхода сред Советский патент 1986 года по МПК G01F1/66 

Изобретение отнасйтся к кф1трольно-измерительной технике и может найти применение для измерения объем ного расхода сред в различных отраслях гвдрометаллургических, химических и других производств. Цель изобретения - повьшение точности измерения расхода. На фиг.1 показано устройство, реа лизующее способ, общий вид; на фиг.2 вариант реализации способа. На фиг.1 введены обозначения: акустические преобразователи 1 и 2; преломляющие звуководы 3 и 4J трубо провод 5, контролируемая среда 6; электронная система 7; возбуждающие напряжения 8 и 9.. Реализация способа заключается в следующем. С помощью двух возбуждающих напряжений 8 и 9 электронной системы 7 акустические преобразователи пропускают через поток контролируемой среды 6 одновременно и встречнб друг другу две разночастотщ.1е ультразвуковые волны 10 и 11. Возбуждаю щие напряжения яа первом и втором (8 и 9 соответственно) преобразователях имеют синусоидальную форму и, и, -sin ( +4,;. (1) U. U.sin ( н-Ч-), .(2) где uJ , tO - круговые частоты электр ческих напряжений и воз буждаемых ультразвуковы волн; t - теку1дее время; -амплитуды возбуждающих напряжений; 1 и 2 - индексы преобразователе -начальные фазы возбуждающих напряжений. Волна, возбужденная напряжением с амплитудой U , вырабатьшаемым в системе 7, распространяется от первого ко второму преобразователю по направлению потока V и имеет на ча тоте uJ (меньшей частотыо)) полную фазу

h +

где - фаза волны 10 после распространения в акустическом канале между преобразователями 1 и 2 при неподвижной среде 6 (при расходе Q О);

(10) лЧ - дополнительный сдвиг Лазы 191 л волны 10, вызьшаемыи движением контролируемой среды 6,Волна, возбужденная напряжением 9 амплитудой зв вырабатываемым в стеме 7, распространяется от второпреобразователя к первому против правления потока V и имеет на часте ии„ полную фазу W (f -AV o 2h m n е %п фаза волны 11 после распространения в акустическом канале от преобразователя 2 к преобразователю 1 при неподвижной среде 6 (для Q О); 1 - дополнительный сдвиг фазы волны I1, вызываемый движением контролируемой среды. При этом V-4S2 02 , , . (6) где К - коэффициент пропорциональности;- полное время распространения волны в акустическом канале при неподвижной среде 6. После прохождения потока разночастотные волны поступают каждая на другой преобразователь и линейно преобразуются преобразователями I и 2 в электрические сигналы 12 и 13, имеющие напряжения, соответственно т КД Kt (7) и, (oJ,t ,) (8) Преобразованные из принятых волн электрические сигналы U и U векторно суммируются с возбуждающими напряжениями, соответственно с U и М . Суммарные электрические сигналы на преобразователях 1 и 2 имеют напряженияВ электронной схеме 7 известной . операцией демодулирования выделяют огибающие суммарных сигналов U , Ц, «первого и второго преобразователей и„, 2КЛ1.соз 0,5(-Ч„,) U«,2K,II,cosf- f t + 0,5(,) После нормирования амплитуд оги бающих 2V. и 2К и , например к значению U , производят их векторн суммирование if: lfit+ м, , vcos( 2 Векторная сумма нормированных п амплитуде U огибающих имеет часто ту, равную полуразности частот вол равную и амплитуду U. 2U,co,(f---Y-) Эта амплитуда имеет слабо выраженную зависимость от расхода Q и от изменения времени Ir распростра.н ния волн в акустическом тракте. и, ( KQ) (1 Последующими операциями способа являются отделение внутри системы от возбуждающих напряжений 8 и 9 и ,в) небольшой их части с ам например, близкими к U. плитудами, т.е. : и„ (J t+ч;) и 1-е о sin („t +4,J - о J..1 . L, Т / И векторное суммирование этих напряженийitjjf, -uJ, Uc.-2U.Cos(/uJ, -uJo Демодуляция полученной системы (l6) выделенных частей возбуждающи напряжений 8 и 9 приводит к получе нию третьей огибающей этой суммы V:5a) „- .u-j-uJ, 2U cos(--Так как векторная сумма и„ + первых двух огибающих и третья оги бающая имеют одинаковую частоту, т непосредственное измерение разност их фаз А М дает следующий результа , 2-, in Ми Ч.Ч(11 ,Ц )), 1пи с учетом (5) и (6) d К Q + к. Измеренная на полуразностной частоте ультразвуковых волн раз}1ость фаз Af пропорциональна контролируемому расходу Q и в определенной степени пропорциональна времени распространения волны при неподвижной среде 6. Одной из возможных реализаций способа является устройство, блоксхема которого изображена на фиг.2. Ультразвуковой расходомер содержит первый 1 и второй 2 акустические преобразователи, установленные на наклонных звукопроводах 3 и 4 в стенке трубчатого корпуса 5 {или на его стенке), через который проходит поток жидкости 6. В расходомер входят соединенные с преобразователями соответственно первый 7 и второй 8 разночастотные , электрические генераторы, -демодуляторы 9 и 10, фазометр 11 с регистрирующим блоком 12, первый 13 и второй 14 блоки векторного суммирования на низкой частоте демодулятором 15, включенным между выходом второго блока суммирования 14 и одним из входов фазометра 11, другой вход которого соединен с выходом первого блока суммирования 13, который входами связан с преобразователями I и 2 посредством демодуляторов 9 и 10. Каждый из генераторов 7 и 8 вьшолнен с дополнительным выходом, электрически связанным относительно основного выхода (соединенного с преобразователем) 1 или 2 соответственно, причем дополнительные выходы генераторов 7 и 8 подключены порознь к входамвторого блока суммирования 14, Устройство работает следующим образом. Генератор 7 вырабатьтает электрическое напряжение 16, имеющее и частоту uJ и начальную фазу . f возбуждающее преобразователь I , лоторый через наклонный звукопровод 3 вводит в контролируемую жидкость 6 ультразвуковую волну 7. Часть волны 17 поступает в -преобразователь 2 и преобразовывается им в электрическое напряжение 18. Напряжение 19, вырабатьшаемое генератором 8, имеет частоту а) , несколько большую oJ , и начальную фазу V . Она возбуждает преобразователь 2, который через звукопровод 4 излучает волну 20 в контролируемую жидкость 6. Эта волна распространяется от второго преобразователя 2 к первому против направления потока. Волна 20, частично вошедшая в звукопровод 3, трансформируется преобразователен в напряжение 2}, Электрический сигнал, равньш векторной сумме сигналов 16 и 21, от преобразователя 1 поступает в демодулятор 95В котором фильтр, Кастро- енньм на полуразностную частоту, выделяет вторую огибающую 22 амплитудной модуляции. Электрически14 сигнал, равный векторной сумме сигналов 18 и 19 от пре образователя 2 поступает в демодулятор 10. в котором фильтр, настроенньш на полуразностную частоту, выделяет вторую огибающую 23 амплитудной моДуляции. Вьщеленные первая 22 и вторая 23 огибающие поступают в блок 13, в.котором (после нормирования этих амплитуд) производится векторное суммирование огибающих. На входы второго блока суммирования 14 от разночастотных генераторов 7 и 8 подаются небольшие напряжения 25 и 26, Их сумма 27 имеет амплитудную модуляцию, которая выделяется демодулятором и поступает на второй вход фазометра 11. В фазометре 11 вырабатьшается выходной электрический сигнал ,29, напряжение которого пропорционально раз ости фаз поступающих в него сигнаов 24 и 28. Выходной сигнал 29, пропордиональ- ый контролируемому расходу, постуает в регистрирующий блок 12, шкала оторого градуирована в единицах асхода, например . При выборе частот с близкими знаениями начальная составляющая вы одкого сигнала 29 может быть свеена к малой величине и скомпенсиована в блоке 12. Из формулы 20 следует, что втоой член при близости частот uJ и uJj мал и при больших и средних расодах не создаст большой погрешности. Устранение неоднозначности начальной фазы генераторов может быть также устранено осуществлением синхронного запуска этих генераторов, вьшолкенного различным способом. Формула изобретения Ультразвуковой одноканальный способ измерения расхода сред, заклю- чающийся в излучении обратимыми преобразователями по и против потока одковременко и встречко друг другу двух разночастотных ультразвуковых волн, линейном преобразовании принятых теми же преобразователями волк в электрические сигналы, вьщелении -первой и второй огибающих суммарньк электрических сигналов преобразователей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, нормируют огибающие сигналов, векторно суммируют первую и вторую огибающие, векторно суммируют напряжения обоих частот излучения, вьщеляют третью огибающую и по разности фаз между третьей огибаю-. щей и суммой первых двух огибающих судят о контролируемом расходе.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность измерения расхода. Генератор 7 вырабатьшает . электрическое напряжение 16, возбуждающее преобразователь 1, который через звукопровод 3 вводит в контролируемую жидкость 6 ультразвуковую волну uJ 17, часть которой преобразуется в блоке 2 в электрическое напряжение 19. Напряжение 20 вырабатьшается генератором 8 с частотой большей txJ . В контролируемую жидкость излучается волна 21, проходящая через звукопровод 4 и трансформируемая преобразователем в напряжение 23. Векторная сумма сигналов 16 и 23 поступает в демодул5Гтор 9, выделяющий огибающую 24 амплитудной модуляции (АМ). Векторная сумма сигналов 19 и 20 поступает в демодулятор 10 и выделяется огибающая 25 AM. Огибающие 24 и 25 AM поступают в § блок 13, где производится гос суммирование. На выходах блока 14 суммиро(Л вания от генераторов 7 и 8 подаются напряжения 27 и 28. Их сумма поступает на вход фазометра 11, вырабатывающего сигнал 31, пропорциональныйконтролируемому расходу. 2 ил.