Ультрозвуковой расходомер Советский патент 1974 года по МПК G01F1/00 

1

Изобретение относится к ультразвуковым расходомерам и может быть использовано для измерения мгновенных значений быстропеременных и пульсирующих расходов.

Р1звестен ультразвуковой расходомер, выполненный по двухканальной схеме. Необходимыми элементами расходомера являются двухканальный акустический преобразователь с пьезоэлектрическими излучателями и приемниками, генератор ультразвуковых колебаний и фазовый детектор. Принцип действия основан на измерении разности фаз между ультразвуковыми сигналами, прошедшими через контролируемую среду по потоку и против потока. Разность фаз пропорциональна средней скорости потока, которая служит мерой расхода.

Однако при измерении быстропеременных расходов известным расходомером возникает погрешность, обусловленная инерционностью первичного преобразователя.

Целью изобретения является повышение точности измерения мгновенных значений быстропеременных и пульсируюш,их потоков.

Это достигается тем, что в известном устройстве к приемным пьезоэлементам и генератору подключены два дополнительных фазовых детектора, выходы которых через дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления, равным

D + Dsina -г I cos а / COS а

где D - диаметр трубопровода, / - расстояние между каналами расходомера по оси трубопровода и а - угол между нормалью к оси трубопровода и ультразвуковым лучом в контролируемой среде, подключены к одному из входов второго дифференциального усилителя, другой вход которого соединен с выходом основного фазового детектора.

Учет переходных процессов в звукопроводе в случае быстропеременных потоков приводит к следующей зависимости, которая связывает величину угла сдвига фаз Аф между ультразвуковыми сигналами, прошедшими через среду по потоку и против него, со скоростью потока V:

Дер - + Дср :

-4|-- ( (

21 0 + J

Lt-г,-.,

t-1

f V(r-)dr,

to -1 JI

,J

где АФ+ и Аф - изменения фаз ультразвуковых колебаний на приемных пьезоэлементах по отношению к неподвижному потоку;

j, 2o).).tga

cT-

D

t

CCOSa

jif.

I

-; т

.I/ СС

(0 - круговая частота ультразвуковых колебаний;

С -скорость ультразвука в контролируемой среде;

/ - расстояние между каналами расходомера по оси трубопровода.

Предположив, что V Vcp+Vo-sin ((). т. е. в случае пульсирующего потока, можно получить:

A.VCP , K-VO

sin (со + т) -

+ )К + 2т + 7,)созИ + ср),

я

ср г - - sin (со + ) +

22

ЛГ-УО

(«( + OcosK-f Р).

+

н

Дер - С-1/ср + -t e-SinK + ср)/c-v

( + )COs(a))Третий член в последнем выражении и есть методическая погрешность двухканального ультразвукового расходомера, обусловленная инерционностью первичного преобразователя.

Предлагаемый расходомер устраняет эту погрешность.

На чертеже изображена блок-схема ультразвукового расходомера.

Расходомер содержит двухканальный акустический преобразователь 1, через который пррходит контролируемая среда, генератор 2 ультразвуковых колебаний, излучающие 3, 4 и приемные 5, 6 пьезоэлементы, фазовые детекторы 7, 8 и 9 и дифференциальные усилители 10 и 11.

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковой сигнал с генератора 2 подается на излучающие пьезоэлементы 3 и 4 и фазовые детекторы 8 и 9, причем для детекторов он является опорным. Возбуждаемые пьезоэлементами 3 и 4 ультразвуковые колебания, пройдя через контролируемую среду,

принимаются пьезоэлементами 5 и 6, сигналы с которых подаются на входы фазовых детекторов 7, 8 и 9. Выходной сигнал с детектора 7 будет пропорционален Дф, а с детекторов 8 и 9 - соответственно Дф+ и Дф. Дифференциальный усилитель 10 производит вычитание модулей выходных сигналов фазовых детекторов 8 и 9 и усиление разностного сигнала в

0 -Ь ti -f т: D + Dslna. + I COS а

t/ COS a

раз, в результате чего на его выходе формируется корректирующий сигнал, пропорциоff v

нальный- - (U (TO -f TI -f т) cos (co + ф)

Второй дифференциальный усилитель 11 производит вычитание корректирующего сигнала из сигнала с выхода основного фазового детектора 7. Сигнал на выходе устройства будет свободен от погрешности, обусловленной инерционностью первичного преобразователя. Необходимо подчеркнуть, что условием осуществимости данного устройства является наличие

двух разнесенных акустических каналов (величина т - должна быть отлична от нуля).

Предмет изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий двухканальный акустический преобразователь с пьезоэлектрическими излучателями и приемниками, генератор ультразвуковых колебаний и фазовый детектор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения мгновенных значений быстроперемепных и пульсирующих потоков, к приемным пьезоэлементам и генератору подключены два дополнительных фазовых детектора, выходы которых через дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления, равным

D + Dsina + /COS а

;

/ cos а

где D - диаметр трубопровода, / - расстояние между каналами расходомера по оси трубопровода и а - угол между нормалью к оси трубопровода и ультразвуковым лучком в контролируемой среде, подключены к одному из входов второго дифференциального усилителя, другой вход которого соединен с выходом основного фазового детектора.

j