Ультразвуковой частотный способ измерения расхода Советский патент 1992 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к контрольной и измерительной технике, в частности к ультразвуковой расходометрии, а также к ультразвуковым приборам контроля «гямйства. имеющим двухсторонний доступ к контролируемой среде. Оно может быть использо- аано е нефтяной, химической, нефтеперерабатывающей, гидрометаллургической и других отраслях промышленности для увеличения точности количествбинзго учета различных жидких и газообразных сред.

Цель изобретения - увеличение точности измерений за счет устранения акустической и геометрической асимметрии

Физическая сущмсють способа заключается в следующем.

Нэ «ертеже изображена структурная расходомере.

Расходомер содержит приемоизлучаю- щие преобразователи 1 v, 2 ультразвука, расположенные на участке трубопровода 3 и подключенные через соединительные кабели 4 и 5 ко вторичному прибору 6, связанному с частотою омаром . Время распространения ультразвукового сигнала по потоку Среды Ti и против по ока среды Та определяются из выражений L

XI

4 х| Ю

Ti

С +V

со.

te.

T2 C-VLcosa + AV:Ha

где L - акустическая база, С - скорость распространения ультразвука в среде, V - скорость потока среды а - угол между вектором потока и направлением распространения ультразвука; Д гf - суммарное вре- мя задержки сигнала в пьезопреобра- зователях, защитных мембранах, соединительных кабелях и электронной схеме прибора; -у ta - половинная величина

асимметрии, входящая в каждое из направлений измерения которая свойственна преобразователям 1 и 2 в равной мере

Для ультразвукового частотного одно- канапьного расходомера частоты FI и F2 автоциркуляции сигналов определяются из выражений1

с +V cos«

-Ar.+v соча Дг5 /i., (2)

с-У cos CC

T2 i 4- с At, - v cos a Дт5- i to с

f 2K-V-L-cos«-K-C2-ta .

, j.- f 1

(L + C -ЛгО

fi-f2

5-W

При этом скорость потока определяется

по формуле

v Af(L+c )2+k -с2 -ta 10ЛГПГ-созаw

Это выражение показывает, что за счет асимметрии ta возникает нелинейная взаимосвязь между скоростью потока V и основной разностной частотой ДГ расходомера, которая создает систематическую погрешность Погрешности асимметрии можно считать скомпенсированными, если ta 0. или если ta может быть соответствующим образом учтена

Способ реализуют в расходомере следующим образом

Со стороны одного из преобразователей организуется режим автоциркуляции

путем излучения, приема и регистрации отраженного от второго преобразователя ультразвукового сигнала, Затем организуется аналогичный режим автоциркуляции со стороны второго преобразователя. Время распространения ультразвукового сигнала со стороны первого преобразователя равно

Изобретение относится к контрольной и измерительной технике, в частности к ультразвуковой расходометрии. Оно может быть использовано на предприятиях нефтяной, химической, нефтеперерабатывающей, гидрометаллургической и других отраслях промышленности для увеличения тоиности количественного учета жидких и газоооразных сред. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устранения геометрической и акустической асимметрий. В электроакустическом контуре работающего ультразвукового одноканального расходомера организуют два дополнительных режима автоциркуляцли при излучении одним преобразователем и приемом отраженного сигналят от второго преобразователя и излучении вторым пре эбразов т лем и «ри- отраженного сигнала от первого преобразователям определяют разность частот еинхрс ,.:хгец Далее геометрическую асйм- 1мегрию устраняют взаимной регул о направления геометрического хода ультразвуковых луче or первого м второго гресб- i разовзтэлей до минимального % разности частот автэ иркуляг ии, а оатем подбором задержек ,ячекгр.. смгнй- лов в элeктpo нoй схеме ра .юдомвтра до- бивзютсг. равенства нулю разности чгстот дополнительных автоцмркуляцмонных смнх- роколец. 1 ил.

где FI - частота автоциркуляции по потоку, F2 - против потока.

В современных частотных одноканаль- ных расходомерах осуществляется синтез частот fi и fa, обратно пропорциональных времени распространения ультразвуковых сигналов по потоку среды и против потока на К-ых гармонических составляющих, т е при умножении основных автоциркуляционных частот FI и F2 в К-раз Поэтому для этих расходомеров выражении (2) путем разложения в ряд Тейлора и учетом двух членов преобразуются к виду

. K(c+V-COSa) f e-TTcT5r

(3)

ft- ta с i j.1

(c-v-cos«),

. г , ta с т

41+2TU+c lJ

a pa 1ностная частота определяется из выражения

Ti

С -f V cos a

35

+ F-V a+ArZ- + b

Co стороны второго преобразователя

40

T21

с - V cos a

+

45

+

LA 1

c+V -соза + АТ 2la

1

t

С учетом того, что -п ta С g- ta Vv

/cos2 а и c2 V2cos2 а, К-тые частоты автоцир- кулчции, обратно пропорциональные вре- 5Q менам распространения ультразвуковых сигналов в первом и втором режимах автоциркуляции, определяются из выражений

2-ТЈ55

К -О

21 + Дг с-Дт - -cos a-f jta -с

(7)

Разложив эти выражения в ряд Тейлора относительно члена-сомножителя и ограничившись одним членом ряда, формулы для частот fi2 и fai получают вид

К -С

214-Лг c-Ar -Ј-cos2a

ta С

V2

2(2L+ArEC -Ат cos2a)

2 L + Дг. С - At -cos2a .с

а разность этих частот с большой степенью точности будет равна

Af21-12

ta fl2 f21 К

Из этого выражения определяется величина асимметрии

t -к Дт21-12

ta fl2 f21

При равенстве нулю разности частот автоциркуляции первого и второго режимов калибровки величина асимметрии будет также равна нулю.

Поэтому согласно способу после орга- низсщии двух калибровочных режимов автоциркуляции со стороны первого и второго преобразователей измеряется разность частот автоциркуляций, зтгем осуществляется взаимная регулировка направления геометрического хода ультразвуковых лучей путем поворота преобразователей до получения минимального значения разностной частоты автоциркуляции Затем устраняется электрическая асимметрия подбором задержек электрических сигналов в электронной схеме расходомера до равенства нулю

разностной частоты двух калибровочных режимов автоциркуляции.

В этом случае выражение для скорости потока значительно упрощается и в нем ус5 траняется нелинейная взаимосвязь между скоростью потока, а значит и расхода, и основной разностной частотой расходомера.

Для современных быстродействующих

10 частотных ультразвуковых расходомеров характерны малые величины дополнительных задержек Дт,- сигналов в электронной схеме, поэтому окончательно выражение для скорости потока принимает вид

5

гТГ Г Таким образом, организация двух ка0 либровочных режимов автоциркуляции и измерение разности величин их частот, а также устранение геометрической и электрической асимметрии и взаимной регулировкой направления геометрического хода

5 ультразвуковых лучей и подбором задержек электрических сигналов в электронной схеме расходомера до равенства нулю разностной частоты двух калибровочных режимов автоциркуляции позволяет устранить гео0 метрическую и электрическую асимметрию и увеличить точность измерения скорости и расхода потока

Формула изобретения Ультразвуковой частотный способ изме5 рения расхода заключающийся в организации двух автоциркуляционных синхроколец между первым м вторым преобразователями по потоку среды напротив потока среды, выделении разности частот автоциркуляции

0 как величины, кратно пропорциональной скорости потока среды и расхода, отличающийся тям, что, с целью повышения точности измерений за счет устранения агу- одической и геометрической асимметрии,

5 организуют два дополнительных калибровочных автоциркуляционных синхрокольца при излучении со стороны первого преоОра- зователя и приеме отраженного сип- от второго преобразователя и изл/ченм / со

0 стороны второго преобразователе и приеме отраженного сигнала от первого преобразователя, э геометрическую и акустическую асимметрию устраняют взаимной регулировкой направления геометоического хода

5 ультразвуковых лучей, а электрическую - подбором задержек электрических сигналов в электронной оеме расходомера до полного равенс тва автоциркуляционных частот двух дополнительных калибровочных сиихроколец.

V

2 j