Ультразвуковой расходомер Советский патент 1977 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к технике ультразвука и может найти применение для измерений расхода жидкостей. Известны ультразвуковые измерительные устройства, основанные на использовании приемоизлучающих преобразователей, поочередно подключаемых к источнику колебаний через переключатель. Однако; такие уст ройства не позволяют решить задачу измере ния расхода жидкости. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуково расходомер, содержащий преобразователь расхода с несколькими парами I приемоиэлучаюших головок, подключенных через переключатели к формирователю вопбуждаюших импульсов и усилите1тю принятых сигналов, генераторы импульсов управляемой частоты выходы которых через переключатели подкл чены к формирователю возбуждающих импул сов и к дискриминатору времени, а | входами через другой переключатель - к выходу дискриминатора времени. Однако этот расходомер имеет недостаточно высокую точность. Целью изобретения ябляется повышение очности измерения. Это достигается тем, что выход усилитея принятых сигналов через переключатель одключен к входу формирователя возбуждающих импульсов и к одному из входов искриминатора времени. На чертеже представлена блок-схема расходомера. Расходомер состоит из преобразователя расхода 1 с акустическими каналами (например, четыре канала), с пьезопреобраиоват лями 2-9, которые через переключатели 1О и 11 подключены к выходу формирователя 12 возбуждающих импульсов и к - входу усил теля 1 а принятых сигналов. Выход последнего через переключатель 14 подключен к входу формирователи возбузкдаюпшх импульсов 12 и дискриминатора времени 15, выход которого через переключатель 16 соединен с импульсными генераторами 17, 18 упра ляемой частоты.л-, л А Выходы импульсных генераторов 17, А через переключатель 19 соединены с формирователем 12 и дискриминатором времени 15. Одновременно генераторы 17, 18 пол.соединены к схеме выделения разностной чаототы 20. Устройство работает следующим образом При работе расходомера например в режиме излучения по потоку импульсы генератора 17 через переключатель 19 подают ся на вход формирователя 12 возбуждающих импульсов, где формируются импульсы определенной формы и амплитуды. Переключатель 19 после пропускания m импульсов генератора 17 закрывается. Импульсы возбуждения через переключатель 10 подаются на один из акустических каналов, например, на пьезопреобразователь 2. Ультразвуковые импульсы, проходя через намеряемую среду, принимаются пьезопреобразователем 6,. Высокочастотные сигналы через переключатель 11 подаются на вход усилителя 13, усиленный сигнал через череключатель 14-на вход формирователя 12 для его повторного запуска. Таким образом, цикл повторяется, но во втором цикле выход переключателя 1О и вход переключателя 11 подключаются к пьезопреобразователям 3 и 7 соответственшз, т. е. ко второму акустическому каналу в третьем - к пьезопреобразователям 4, 8; в четвертом - к пьезопреобразователям 5, В четвертом цикле выход усилителя. 13 через переключатель 14 подключается к дискриминатору времени 15, на другой вход которого Подаются через переключатель 19 опорные импульсы генератора 17. На выходе дискриминатора 15 появляется напряже ние определенной полярности и амплитуды в зависимости от временного расположения опорных и сигнальных импульсов. Это напряжение через переключатель 16 управляет частотой повторения импульсов генератора 17 до выполнения условия ., где Т - сумм.арнве время распространения ультразвуковой вошсы от пьезопреобразова- теля 9; К - коэффициент внутреннего умножения расходомера; Tj - период следования импульсов гене- ратора 21; i; - время прохождения ультразвуковой волны в 4 - том акустическом канале; и количество акустических каналов, Эти времена определ5гются выражением: vfCo v,(2,) .тогда° . .Л М|, СО(У где С- скорость ультразвуковой волны в измеряемой среде;. Vj{)- распределение скорости потока жидкости вдоль оси акустического канала Е; - длина акустического канала; и зависят от закона распределения скорости потока вдоль каждого лупа. При переключении расходомера в положение излучения против потока повторяются те же циклы, рассмотренные выше, но в режиме излучения работают пьезопреобразователи 6-9, а в режиме приема - преоб рааователи 2-5. Так же будут справедливы все выраженнл и dP, т - W т - tf т (e.) де Т суммарное время распространения льтразвуковой волны от пьезопреобразоваеля i2 до 9; Тп. - период следования импульсов геератора 8. Разность частот генераторов 17 и 18 ыделяется схемой 20 и определяется выраением:IT. l«;(l,))Si(1) Расход жидкости через трубопровод опре еляется: 21 Ф() Я Я(ЗМ$-1ак5у(х,у)у,(2) де 4i(),f2()t) - уравнение сечения рубопровода; 2Т - диаметр трубопровода; V (f,y)- функция распределения корости потока в зависимости от координат ечения. Решая уравнение (2) приближенно, напри ер, по методу прямоугольников, получаем: и ° (-A-Rr bi(v)ciyi де uTR - расстояние между осями акустичесих каналов; И - количество каналов; (J j- длина хорды сечения трубопровода плоскости i -того акустического канала; V;(Y) распределение скорости потока жидости вдоль хорды в плоскости i -того кустического канала. it Так какГу(()(Е; и Г Vj (у) для плоскоси ( -того акустического канала отличаются ишь постоянным множителем, зависящим