Автоматическое ультразвуковое устройство для измерения скорости потока Советский патент 1979 года по МПК G01P5/24 G01F1/66 

измерения скорости потока сред; на фиг. 2 даны временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит измерительноакустический преобразователь с двумя датчиками / и 2, модуляторы 3, 4, фазометры 5, 6 высокой частоты, фазометры 7, S низкой частоты, интеграторы 9, 10, генераторы //, 12 и коммутатор 13.

Коммутатор предназначен для одновременного управления работой модуляторов 3, 4 и фазометров 5, 6 высокой частоты и попеременного переключения фазометров 7, 8 низкой частоты и может состоять, например, из двух схем И 14, 15 выходы которых подключены к цепочке из последовательно соединенных делителей частоты J6, 17 и триггера 18. Регистрирующий прибор 19 служит для измерения разности частот, высокочастотных напряжений, снимаемых с генераторов // и 12 измерительных каналов, и включает последовательно соединенные измеритель 20 разности частот и частотомер 21.

Устройство работает следующим обра30 М.

Предположим, что измерение скорости V потока осуществляется так, как это изображено на фиг. 2. Соответственно происходит увеличение скорости ультразвука по потоку C + V и уменьшение его против потока с-V. Предположим также, что выходной сигнал f/18 триггера 18 через схему И 14 осуществляет подачу переменного напряжения генератора 9 на вход делителя 16. Этот же сигнал отпирает фазометр 7 низкой частоты. Выходной сигнал с другого плеча трнггера 18 занирает схему И /5 и фазометр 8 низкой частоты. Импульсы с выхода делителя 16 отпирают модуляторы 3 и 4. При этом на датчик / поступают импульсы f/i переменного напряжения с частотой заполнения, задаваемой генератором 11, а на датчик 2 - импульсы U переменного нанряжения с частотой заполнения, задаваемой генератором 12. Происходит одновременное встречное излучение датчиками / н 2 ультразвуковых имнульсов по потокл и против потока, причем частота излучения импульсов равна

1

.

л,

где FII - частота переменного напрялсения генератора 11;

- коэффициент деления делителя 16.

На время излучения импульсов происходит запирание фазометров 5 и 6. Принятые ультразвуковые импульсы датчиками 2 и 1 преобразуются в электрические импульсы и поступают на фазометры 5 и 6 высокой частоты и фазометр 7 низкой частоты.

В фазометре 5 высокой частоты первого измерительного канала происходит преобразование в электрический сигнал фазового сдвига высокочастотного иеременного напряжения, заполняющего принятые датчиком 2 импульсы, относительно высокочастотного переменного напряжения генератора //. То же самое одновременно происходит во втором измерительном канале. В фазометре 7 низкой частоты осуществляется преобразование в электрический сигнал фазового сдвига низкочастотного переменного напряжения огибающих принятых импульсов датчиком 2 относительно огибающих излученных импульсов датчиком 1. Если сигнал на выходе фазометра 7 низкой частоты окажется больше, чем сигнал на выходе фазометра 5 высокой частоты, происходит грубая автоматическая нодстройка частоты заполнения и излучения ультразвуковых импульсов по потоку. При этом сигпал с фазометра 7 поступает на интегратор 9 и далее осуществляется изменение частоты генератора // и пропорциональное изменение низкой частоты на выс

ходе делителя 16, равной Рнз.1. тт, в сто

рону уменьшения сигнала на выходе фазометра 7. Когда выходной сигнал фазометра 7 низкой частоты станет на много меньше, чем выходной сигнал фазометра 5 высокой частоты, происходит точная автоматическая подстройка частоты заполнения и излучения ультразвуковых импульсов по нотоку той же последовательностью элементов первого измерительного канала, содержащей только вместо фазометра 7 низкой частоты фазометр 5 высокой частоты. По истечении интервала времени Л/,пЛ/п

коэффициент

N

где

17

деления делителя 17, осуществляется переход триггера 18 в другое устойчивое состояние. При этом отнирается схема И 15, и переменное высокочастотное напряжение генератора 12 начинает поступать на делитель 16, отпирается фазометр 8 низкой частоты, запираются схема И / и фазометр 5 низкой частоты. Последовательность же элементов первого измерительного канала, осуществляющих точную автоматическую подстройку частоты генератора // в соответствии с изменением скорости ультразвука по потоку с-V, остается включенной.

Работа второго измерительного канала происходит точно так же, как и первого, причем частота одновременного излучения ультразвуковых импульсов датчиками / и 2 теперь определяется следующим выражением:

,.

.

из.ч. где FIZ - частота переменного напряжения генератора 12. При большом выходном сиг нале фазометра 8 низкой частоты происх-; лит грубая подстройка частоты излучен::1 заполнения ультразвуковых имнульсов, при малом выходном сигнале - точная. Через интервал времени т/.-. начинается с„1едукмций иикл работы устройства. Таким образом, если грубая подстройка частоты в каналах измерения осуществляется иопеременно с частотой F то точная подстройка частоты генераторов // и 12 производится но двум каналам одновременно. Перемеиное высокочастотное напряжение с выходов генераторов 11 и 12 поступает на измеритель 20 разности частот регистрируюид,его прибора 19 и далее по разности частот AF, измеренной частотомером 21, определяют скорость потока и. Такнм образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность кзмерення скорости потока, в частности, с высокой степенью пульсации в условиях быстрого изменения состава и температуры, за счет одиовремеииого слежения за изменением скорости ультразвука по потоку и против иотока и уменьшения времени измерения путем одновременно фазовой автоматической подстройки частот генераторов обоих измерительиых каналов. Фор м у л а изобретения Автоматическое ультразвуковое устройство для измереиия скорости потока,содержащее два ультразвуковых датчика, коммутатор, последовательно соединенные иитегратор, генератор и регистрирующий при бор, два идентичных измерительных канала, включающих модулятор, соединенный выходом с ультразвуковым датчиком, и фазометр высокой частоты, соединенный сигнальным входом с выходом модулятора другого канала, сигнальный вход модулятора U опорный вход фазометра высокой частоты первого канала соединены с выходом генератора, а их управляющие входы подключены к первому выходу коммутатора;, отличающееся тем, что, с цельно повышепия точностн измерения скорости лульс грующего потока сред с быстроменяющимися составом и темиературой, вто|сй измерительный канал снабжен нос сдоБйтельно соединеиными интегратором и гскерп iopoM, выход которого подключен к сигнальному входу модулятора, опорному входу фазометра высокой частоты и к вторым входам коммутатора и регистрирую..го прибора, а управляющие входы модуля oija ii фазометра высокой частоты иодклю;с1 ы к первому выходу коммутатора, в ,дыГ1 измерительный канал введен фазометр низкой частоты, сигнальный вход кот р.го соединен с сигнальным в.хрдом фа.-QTvi Tpa высокой частоты, а опорный вход- о выходом коммутатора, причем в ;;.чпом канале выходы фазометров ;-,:I:CHH к входам интегратора, а управ.:р.яцие входы фазометров низкой частоты - соответственно к второму и третьему выходам коммутатора. Истопники информации, принятые во внимание при эксиертизе. 1.Бражников Н. И. Ультразвуковая фазометрия. М., «Энергия, 1968, с. 236. 2.Заявка ЛСд 2186039/10, кл. G 01 Р 5/00, 1975, по которой вынесено решение о выдаче авторского свидетельства.

c-tv

.

n

Ш/1МШ/1Ш 1ШД1Ш4/|/ьш WШAAAAAAM/ cЛAA/VWЬWШШЛД

A-.Y

uj,

7%W.

г-с ,