Устройство для измерения скорости жидких и газообразных сред Советский патент 1977 года по МПК G01P5/24 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения скорости жидких и газообразных сред.

Известны измерители скорости жидких и газообразных сред на основе циклических схем, которые широко используются как в натурных, так и в лабораторных измерениях

1.

Также известно устройство для измерения переносной скорости звука в среде 2. Этот измеритель содержит излучающий электроакустический преобразователь, на который подается сигнал с генератора импульсов, приемный электроакустический преобразователь, усилитель и измеритель частоты.

Недостатком известных устройств является малая точность измерения скорости. Это связано с тем, что в реальных средах температурные и концентрационные изменения скорости звука соизмеримы с измеиением скорости движения среды. Кроме того, этот прибор позволяет измерять только компоненту скорости среды, коллинеарную с направлением распространения ультразвуковой волны.

Для повышения точности измерения в предлагаемое устройство введен частотный дискриминатор, включенный между приемным устройством и формирователем импульсов, приемное устройство выполнено в виде излучателя и приемника ультразвука, подсоединенных соответственно к выходу и входу усилителя, образующего кольцо обратной связи, а импульсный генератор выполнен в виде генератора с тональным заполнением импульса,

причем приемное устройство расположено в потоке среды так, чтобы вектор скорости потока среды был ортогонален к направлению ультразвуковой волны в приемном устройстве, а электроакустический преобразователь

расположен выше его по потоку в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения приемного устройства.

На чертеже представлена схема описываемого устройства.

Выход генератора 1 тональных импульсов подключен к электроакустическому преобразователю 2, расположеиному выше по потоку на расстоянии L от приемного устройства 3. Нриемное устройство 3 выполнено в виде излучателя 4 ультразвука, подсоединенного к выходу усилителя 5, и приемника 6 ультразвука, подсоединенного к входу того же усилителя, образуюшего кольцо обратной связи.

Выход усилителя 5 соединен также с входом частотного дискриминатора 7, выход которого через формирователь 8 импульсов подключен к генератору 1 тональных импульсов. К входу генератора 1 подключен частотомер

-

9. V - вектор скорости движения среды; / -

база приемного устройства (расстояние излучателем 4 ультразвука и npiieMHiiKOM 6).

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 выдает импульсы с высокой несущей частотой, которые преобразуются электроакустическим преобразователем 2 в ультразвуковые импульсы. За .счет нелинейного взаимодействия ультразвука со средой происходят поглощение ультразвуковой энергии и, как следствие этого, нагрев . Частота и амплитуда импульсов выбираются достаточными для обеспечения необходимого нагрева среды в объеме, занимаемом ультразвуковым лучом. В среде образуется тепловой шнур, который сносится потоком среды со скоростью V и через время HV проходит через ультразвуковую волну измерителя скорости звука. Измеритель скоростн звука представляет собой усилитель 5 с электроакустической обратной связью, у которой частота генерации (On определяется из соотношения:

(+v

где С - скорость звука в среде;

/ - расстояние между приемником и излучателем ультразвука; Ф - фазовая задержка в усилительном

тракте и преобразователях; л 0, 1, 2, ..., соответствующее целому числу волн, укладывающихся на длине /.

Когда тепловой шнур попадает в приемное устройство 3, скорость звука в нростраистве между излучателем 4 ультразвука и приемником 6 ультразвука меняется (увеличивается). Это приводит к изменению частоты генерации в кольце обратной связи. Изменение частоты преобразуется частотным дискриминатором 7 в импульс напряжения, который, пройдя через формирователь 8 импульсов, попадает в генератор 1. Частотомер 9 измеряет частоту следования имнульсов в кольце обратной связи, которая пропорциональна скорости сноса теплового щнура или скорости движения среды.

Представленная на чертеже схема обеспечивает измеренне осредненной скорости потока в пространстве по расстояниям L и /.

Пространственное разрешение по расстоянию повышается расположением электроакустического преобразователя 2 в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения излучателя и нриемника измерителя скорости звука (перпендикулярно плоскости чертежа), потому, что в этом случае тепловой шнур пересекает ультразвуковую волну измерителя скорости звука в одной малой области, определяемой диаметром теплового шнура.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости жидких и газообразных сред, содержащее последовательно соединенные имнульсный генератор, электроакустический преобразователь, приемное устройство, формирователь импульсов и частотомер, отличающееся тем, что, с целью новышения точности измерения, в устройство введен частотный дискриминатор, включенный между приемным устройством и формирователем импульсов, приемное устройство выполнено в виде излучателя и приемника ультразвука, подсоединенных соответственно к выходу и входу усилителя, образующего кольцо обратной связи, а импульсный генератор выполнен в виде генератора с тональным заполнением импульса, причем приемное устройство расположено в потоке среды так, чтобы вектор скоростн потока среды был ортогонален к направлению ультразвуковой волны в приемном устройстве, а электроакустический преобразователь располол ен выше его по потоку в плоскости, перпендикуляриой нлоскости расположения приемного устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гринспан М. и Чигг К. Подводная акустика. Пер. с англ., ч. 1, 1970.

2.Патент США 2333688, кл. 324-68, опубл. 1943.