Ультразвуковой измеритель скорости потока Советский патент 1987 года по МПК G01P5/24 G01F1/66 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при измерении расхода, а также при исследованиях в области жидкости и газа.

Цель изобретения - повьшюние точности измерения.

На фиг. представлена блок- схема ультразвукового измерителя скорости потока; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит измерительный участок с вмонтированными обратимым электроакустическим преоорязоват елем 1, отражателями 2 и 3 и преобразователем ;4, причем пьезопреобразователи и отражатели установлены на противоположных сторонах измерительного участка, оси пьезопреобразователя 1 и отражателя 2 совпадают и направлены перпендикулярно потоку, оси пьезопреобразователя 4 и отражателя 3 совпадают и направлены под углом к потоку. К пьезопреобразователям 1 и 4 подключены выход формирователя 5 зондирующих импульсов и первый вход первого коммутатора 6, который через селекторы 7 и 8 приемных сигналов и усилители- формирователи 9 и 10 связан с первым входом дискриминатора 11 времени и с первым входом преобразователя 2 напряжение - длительность с обратной

зависимостью. Выход задающего тенера- |нув отражателей 2 и 3, расщепляется

тора 13 подключен к входу формирователя 5, к вторым входам первого коммутатора 6 и селекторов 7 и 8, Выход источника 14 опорного напряжения имеет связь с первым входом сумматора 15 напряжений, который вторым вхй- дом подключен к выходу третьего коммутатора 16. Первый и второй входы третьего коммутатора 16 имеют связь с выходами интеграторов 17 и 18 соответственно, а третий вход подключен к задающему генератору 13. Выход сумматора 15 соединен с вторым входом преобразователя 12 напряжение .ма опорный и информационный. Опорный |импульс направляется отражателем 2 вновь к пьезопреобразователю 1. После нескольких отражений через интер40 вал времени Т после излучения опорный импульс, проделав путь L., воспринимается пьезопреобразователем 1 и преобразуется в электрический сигнал. Информационный импульс направля

45 ется отражателем 3 по потоку в сторо ну пьезопреобразователя 4. Через ин- теравл времени Т,, проделав путь L , этот импульс воспринимается пьезопреобразователем 4 и также преобрадлительность, а выход последнего под- 50 зуется в электрич€ ский сигнал.

кпючен к второму входу дискриминатора времени. Интеграторы 17 и 18 подключены входами к выходам второго коммутатора 19, первый вход третьего коммутатора имеет связь с выходом дискриминатора 11 времени, второй вход третьего коммутатора подключен к выходу задающего генератора 13. Блок 20 вычислений своими входами

s

0

подключен к выходам интеграторов 17 и 18, а своим выходом - к индикатору 21 .

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 5 зондирующих импульсов вырабатывает электрические импульсы 22 с периодом повторения, определяемым задаюпщм .генератором 10, который обеспечивает полное затухание реверберационньгх помех. Ука- занные импульсы возбуждают пьезопреоб- разователь 1 , излучающий ультразвуковые импульсы в направлении, перпендикулярном потоку к отражателям 2 и 3 и одновременно возбуждает пьезопреобразова- тель 4, который излучает ультразвуковые импульсы под углом к потоку в направлении отражателя 3. Предлагаемое {устройство работает в два такта - по потоку и против потока, а их чередование обеспечивают задающий генератор 13 совместно с первым коммутатором 6.

Б каждом такте образуются два приемных сигнала. - опорньш и информаци- ;онный. В образовании опорного приемного сигнала в обоих тактах участвует только пьезопреобразователь 1, а 0 :приемный информационный сигнал образуется поочередно на пьезопреобразо- вателях 1 и 4.

В такте по потоку излученный пье- зопреобразователем 1 импульс, достиг.ма опорный и информационный. Опорный импульс направляется отражателем 2 вновь к пьезопреобразователю 1. После нескольких отражений через интервал времени Т после излучения опорный импульс, проделав путь L., воспринимается пьезопреобразователем 1 и преобразуется в электрический сигнал. Информационный импульс направляется отражателем 3 по потоку в сторону пьезопреобразователя 4. Через ин- теравл времени Т,, проделав путь L , этот импульс воспринимается пьезопреобразователем 4 и также преобраВременное расположение опорного импульса зависит только от геометрии измерительного участка и скорости звука в измеряемой среде, а времен- 55 нов расположение информационного импульса дополнительно зависит от скорости потока.

В такте против потока образование опорного импульса аналогично, а ин

31

формационный импульс возникает от излучения пьезопреобразователя 4 и отражения отражателя 3. При этом оба приемных сигнала возникают на пьезо- преобразователе 1 через интервалы времени Т, и Т. Для уменьшения дезинформирующего воздействия акустических и электрических помех опорный и информационный импульсы выделяются с помощью селекторов 7 и 8 приемных сигналов, усиливаются и нормируются с помощью усилителей-формирователей 9 и 10. Нормированные пары опорных и информационных импульсов в тактах по потоку и против него изображены на диаграмме 23.

Нормированные опорные импульсы в обоих тактах поступают на первьй вход преобразователя 12 напряжение - длительность с обратной зависимостью Нормированные информационные импульсы в обоих тактах поступают на первый вход дискриминатора 11 времени, роль которого может выполнять, например, Р-триггер.

В такте по потоку задающий генератор 13 устанавливает третий коммутатор 16 в положение, когда вы35одное напряжение интегратора 17 поступает на второй вход сумматора 15, а вто- рой коммутатор 19 подготавливается к коррекции напряжения интегратора 17. Напряжение U суммируется с выходным напряжением U источника 11 опорного напряжения и с выхода сумма тора 5 поступает на второй вход преобразователя 12 напряжение - длительность с обратной зависимостью. В качестве последнего может использоваться, например, развертывающий преобра зователь или управляемая напряжением линия задержки, работающие в ждущем режиме.

При появлении опорного импульса на выходе усилителя-формирователя 1 преобразователь 12 формирует импуль 24, длительность которого обратно пропорциональна приложенному напряж нию

К

и + и.

Т.

где К - коэффициент обратной зависимости.55 Выходной импульс преобразователя 12 поступает на второй вход дискриминатора 11 времени (информационный вход П-триггера). Последний произво

дит сравнение спада выходного импульса преобразователя 12 с моментом регистрации информационного ультразву- . кового импульса, поступающего на его первый вход (синхронизирующий вход D-триггера). В зависимости от временного расположения указанных импульсов дискриминатор времени вырабатывает сигналы 25 логических нуля или единицы, которые через третий коммутатор 19 поступают на вход интегратора 17 и изменяют его выходное напряжение 26 до выполнения равенства

15

В такте против потока работа устройства аналогична, с той разницей, что третий коммутатор 16 транслирует выходное напряжение U, интегратора 18 на второй вход сумматора 15, а третий коммутатор 19 сое диняет выход дискриминатора времени с входом интегратора 18. Корр екция вьгходного напряжения интегратора 18 осуществляется до вьшолнения равенства

1

и.

Т,-Т

к

к 20 вычислений определяет развыходных напряжений интеграто

К(дЬ)

,к(

J Т,-Т

)

21,2cosoi.

Vv

которая регистрируется индикатором 21 и по которой судят о средней скорости потока.

Применение источника 14 опорного напряжения и сумматора 15 позволяет повысить чувствительность преобразования в К раз:

К

и„

1Й

где и, выходное напряжение интеграторов в неподвижной измеряемой среде. Кроме того, использование операции сложения напряжений источника 14 и интеграторов 17 и 18 позволяет применять в качестве последних реверсивные счетчики в совокупности с преобразователями цифра - напряжение (за счет снижения требований к их разрядности) .

В устройстве сами временные интервалы, подлежащие математической one- рации нахождения обратной зависимости за счет конструктивных и схемных особенностей устройства, на 1-2 порядка меньше Поэтому при сохранении требований к относительной нестабильности устройств для реализации обратной зависимости точность предлагаемого устройства повьшается.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на одной из стенок измерительного участка трубопровода, подключенных к формирователю зондирующих импульсов и через первый коммутатор, первый усилитель-формирователь, дискриминатор времени - к первому входу второго коммутатора, выходы которого через первый и второй интеграторы и блок вычислений подключены к индикатору, третий коммутатор, задающий генератор, выход которого подключен к управляющим входам трех коммутаторов и формирователя зондирующих импульсов, преобразователь на- пряжэние - длительность с обратной

ВНИИПИ Заказ 772/47

Произв.-полигр. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

.зависимостью, вьгкод которого подключен к второму входу дискриминатора времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности из- мерений, в него введены установленные на противоположной стенке трубопровода первый отражатель, ось которого перпендикулярна потоку и совпадает с осью первого преобразователя,

второй отражатель, ось которого направлена под углом к потоку и совпадает с осью второго преобразователя, а также первый и второй селекторы, второй усилитель-формирователь, сумматор и источник опорного напряжения, причем первый селектор -включен между выходом первого коммутатора и входом первого усилителя-формирователя, вход второго селектора подключен к выходу

первого коммутатора, а его выход через второй усилитель-формирователь подключен к первому входу преобразователя напряжение - длительность, входы сз матора подключены к выходам

источника опорного напряжения и третьего коммутатора, а его выход - к второму входу преобразователя напряжение - длительность, управляющие входы селекторов подключены к выходу

задающего генератора, а выходы третьего, коммутатора - к входу блока вычислений.

fpLf8,2

Тираж 777 Подписное

Изобретение может быть использовано при исследованиях в области жнд. кости и газа. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство работает в два такта - по потоку и против потока, а их чередование обеспечивают генератор 13 совместно с коммутатором 6. В каждом такте образуются опорный и информационный сигналы. Нормированные опорные импульсы поступают на вход преобразователя 12 с обратной зависимостью. Нормированные информационные импульсы поступают на вход дискриминатора 1 1 времени. При появлении опорного импульса на выхо- . де усилителя-Формирователя 10 преобра- , зователь 1 2 формирует импульс, длительность которого обратно пропорциональна приложенному напряжению и который поступает на вход дискриминатора 1 1 времени, сравнивающего спад выходного импульса преобразователя 12 с моментом регистрации информационного ультразвукового импульса, поступающего на его другой вход. В такте против пот- ка работа устройства аналогична. Блок 20 вычислений определяет разность выходных напряжений интеграторов 17 и 18, которая регистрируется индикатором 21 и по которой судят о средней скорости потока. 2 ил. i (Л ,j to со 05 СО ю срер