Ультразвуковой измеритель пульсирующих скоростей потока Советский патент 1991 года по МПК G01P5/00 

На чертеже представлена функциональпе - 15

ная схема ультразвукового измерителя пульсирующих скоростей потока

Измеритель содержит два обратных электроакустических преобразователя 1 и 2, коммутатор 3, приемник 4 и редатчик 5 импульсных сигналов, пре образователь 6 временной интервал-цифра, первый блок 1 деления, первый блок 8 вычитания, синхронизатор 9, два усилителя 10 и 11 напряжений, второй блок 12 вычитания,аналоговый резистор 13, интегратор 14, два аналого-цифровых преобразователя 15 и 16, два блока 17 и 18 извлечения квадратного корня, первый блок 19 вычисления 25 Разностная цифровая величина блок 20 перемножения, ре

20

Принятые импульсы с выход ника 4 импульсных сигналов п на вход преобразователя 6 вр интервал - цифра, где величи Cg преобразуются в пропорцио этим величинам цибровые вели и В блоке 7 цифровые величины N и N пр ются последовательно времени ные цифровые величины 1/Мд и поступают на входные регистр 8 вычитания Управление рабо разователя 6 временной интер блока 7 деления и блока 8 выч осуществляется синхронизатор

отношения, гистратор 21 и второй блок 22 вычисления отношения

Измеритель работает следующим образом

В первом такте каждого цикла измерений контролируемый поток зондируют акустическими импульсами, излучаемыми последовательно во времени обратимыми электроакустическими преобразователями 1 и 2 по направлению потока и против направления потока.

Зондирующие импульсы поступают с выхода передатчика 5 импульсных сигналов через коммутатор 3 и принимаются приемником 4 импульсных сигна лов.

Управление работой приемника 4 импульсных сигналов, передатчика 5 импульсных сигналов и коммутатора 3 осуществляется автоматически синхронизатором 9„ При этом время 1д прохождения акустического импульса по направлению потока определяется выражением

(1) где d - базовое расстояние между

электроакустическими преобразователями 1 и 2; скорость ультразвука в контролируемом потоке; средняя скорость потока в -течение интервала времени длиМ . 1- - 1- A. i

м« NA N

cos .. . v

30

35

40

Ф.

С V тельностью Јд а ЈБ

с выхода блока 8 вычитания з ется в регистры второго вход 19 вычисления отношения. Так разом определяют величину ср скорости потока в интервале усреднения, приблизительно р длительности одного полуцикл рения, . величине ЈА

Для измерения не только в средней скорости V, но и вре зависимости абсолютного изме скорости UV(t) одновременно ющим импульсом синхронизатор ду излученным и принятым имп коммутатор 3 переключает эле стические преобразователи 1 входам усилителей 10 и 11 на 45 В интервалах времени Ь(, Ъ$. лученным и принятым импульса дом цикле измерений на выход лителей 10 и 11 напряжения п изменяющиеся во времени напр пропорциональные текущим вел гидростатического давления в излучения акустического импу Pj((t) и в зоне его приема Pg торые поступают на входы бло читания. На выходах блока 12 ния в интервалах fc, ЈQ непр получается напряжение (t) циональное разностной величи пада давления

50

Разностная цифровая величина

Принятые импульсы с выхода приемника 4 импульсных сигналов поступают на вход преобразователя 6 временной интервал - цифра, где величины Јд, Cg преобразуются в пропорциональные этим величинам цибровые величины и В блоке 7 деления цифровые величины N и N преобразуются последовательно времени в обратные цифровые величины 1/Мд и 1/Ng,H поступают на входные регистры блока 8 вычитания Управление работ преобразователя 6 временной интервал-цифра блока 7 деления и блока 8 вычитания осуществляется синхронизатором 9.

5 Разностная цифровая величина

М . 1- - 1- A. i

м« NA N

cos .. . v

(3)

0

5

0

с выхода блока 8 вычитания записывается в регистры второго входа блока 19 вычисления отношения. Таким образом определяют величину средней скорости потока в интервале времени усреднения, приблизительно равном длительности одного полуцикла измерения, . величине ЈА

Для измерения не только величины средней скорости V, но и временной зависимости абсолютного изменения скорости UV(t) одновременно управляющим импульсом синхронизатора 9 между излученным и принятым импульсами коммутатор 3 переключает электроакустические преобразователи 1 и 2 к входам усилителей 10 и 11 напряжения. 5 В интервалах времени Ь(, Ъ$. между излученным и принятым импульсами в каждом цикле измерений на выходах усилителей 10 и 11 напряжения получают изменяющиеся во времени напряжения, пропорциональные текущим величинам гидростатического давления в зоне излучения акустического импульса Pj((t) и в зоне его приема Pg(t), которые поступают на входы блока 12 вычитания. На выходах блока 12 вычитания в интервалах fc, ЈQ непрерывно получается напряжение (t), пропорциональное разностной величине перепада давления

0

U(t)UP(t)P(t)-P(t). (4)

Зависимость между мгновенной величиной ДР(О и мгновенной скоростью V(t) дается выражением

UP(t)kVc-(t),(5)

где k - величина, зависящая от Лизи- ческих характеристик потока и расстояния между зонами из лучения и приема зондирующих импульсов.

Полученная временная зависимость напряжения Uxu(t) с первого выхода блока 12 вычитания поступает на вход аналогового регистратора 13, где регистрируется временная зависимость напряжения U 4g.(t), пропорционального перепаду давления AP(t). Временная зависимость ) с второго выхода блока 12 вычитания поступает на вход интегратора 14, где усредняется в аналоговом виде в течение времени усреднения Фх Јц-Јы, Где ъц - эффективная длительность зондирующего импульса, причем , , т.е. fc/fct ,tafcfc& о Согласно выражению (2) усредненная величина Ро дается выражением

Р Г kVe(t). (6)

С|

Полученные в аналоговом регистраторе 13 временная зависимость напряжения Ufll(t) и в интеграторе 14 средняя величина в аналого-цифровых преобразователях 15 и 16 преобразуются в цифровые величины bP(t; ) UP(t) и , а в блоках 17 и 18 извлечения квадратного корня соответственно вычисляют квадратные корни P(t;) и -jp причем в каждом цикле измерений. Таким образом, в каждом n-ом цикле измерений получается одна цифровая величина Р. В блоке 19 вычисления отношения вычисляется отношение поступающей с выхода блока 8 вычитания и с выхода блока 18 извлечения квадратного корня цифровой величины МИГ}/-(. 1/-Ck в каждом п-ом цикле измерений, i

Таким образом, в каждом n-ом цикле измерений получают величину МИГГ/ (РП 1 а также дискретную временную последовательность цифровых величин &P(t;), в течение каждого интервала Ь и Ј я, между зондирующим и принятыми импульсами. При этом

20

25

5

О

5 3540 45 50

6440396

шаг дискретизации д зависимости UP(t) определяется только аналого-цифровым преобразователем 15 и намного меньше интервалов bf и ,.. Мгновенная скорость потока V(tj) в момент

30

55

времени t в интервале Ј/ вычисляется следующим образом.Цифровая величина iu.P(t-) с блока 17 извлечения квадратного корня и цифровая величина Мцч /{ Рп V 1 /4F с блока 19 вычисления отношения поступает в блок 20 перемножения, который работает по алгоритму

HuP(tj). - {iT-v(t-,).J -v(ti).

-у р„ k

IPn()

Определение мгновенного массового расхода производится с помощью блока 22 вычисления отношения, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный перепаду давления на электроакустических преобразователях, расположенных по направлению течения потока и против него, который, Б свою очередь, пропорционален скоростному напору потока.

AP(t,)k;p(f,)V(t), (8)

где kj - коэффициент пропорциональности;

р - плотность среды.

Причем цикл измерения йР(Ц-) определяется только быстродействием аналого-цифрового преобразователя 15. На второй вход блока 22 вычисления отношения поступает сигнал, пропорциональный мгновенной скорости, следовательно, на выходе блока 22 с дискретностью, определяемой аналого- цифровыми преобразователями 15 и 16, появляется сигнал, пропорциональный массовому расходу m(t-)

m(t;)k;p(t;)-v(f,). (9)

Эта величина далее регистрируется с помощью регистратора 21.

Таким образом, измеритель обеспечивает возможность измерения не только средней величины V скорости потока, дискретных мгновенных значений скорости в любой момент времени, но и измерения массовых расходов.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель пульси-i рующих скоростей потока по авт. св. № 1081544, отличающийся

7 . 16440398

тем, что, с целью расширения функцио- ДУ первого аналого-цифрового преоб- нальных возможностей, в него введен разователя, второй вход - к выходу второй блок вычисления отношения, . блока перемножения, а выход - к вто- первый вход которого подключен к выхо-с рому входу регистратора.

Изобретение относится к акустическим измерениям. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя. Контролируемый поток зондируется акустическими импульсами, излучаемыми преобразователями 1 и 2, поступающими из передатчика 5 через коммутатор 3 в приемник 4, которые управляются синхронизатором 9, Принятые импульсы с выхода приемника 4 поступают на вход преобразователя 5 6 временной интервал - цифра, преобразуются далее в блоке 7 деления в обратные величины и поступают на первый вход регистров блока 19 вычитания. Эти же зондирующие импульсы, усиленные с помощью усилителей 10 и 11, поступают на входы блока 12 вычитания, с первого выхода которого сигнал поступает на аналоговый ре гистратор 13, далее на аналого-цифровой преобразователь 15, с выхода которого преобразованный в цифровой код сигнал поступает на блок 17 извлечения корня и блок 22 вычисления отношения, на второй вход которого поступает сигнал из блока 20 перемножения, пропорциональный скорости потока. На выходе блока 22 получают величину, пропорциональную массовому расходу, которая индицируется в регистраторе 21 о 1 ил с (Л