Измерительный канал меток потока Советский патент 1979 года по МПК G01P5/18 

Изобретение относится к области измерения параметров движения и может быть использовано для усовершенствования устройств для измерения скорости текущих сред и объемов путем измерения времени, затраченного на прохождение заданного расстояния а именно устройство для бесконтактно го измерения скоростей и расходов жидкостей, газов или сыпучих тел методом меток потока. Изобретение может быть применено также в устройствах для измерения объема внутренних полостей, промываемых жидкостью и в различных уст ройствах и С5истемах промышленного, научно-исследовательского и обвдетехнического назначения, где требуется получение импульсного сигнала при прохождении в потоке метки {неоднородности в виде псевдослучайной бинарной импульсной последовательности Причем поток может находиться в трубопроводах, гидравлических системах и aimapaTcix, открытых руслах и глубоководных течениях. В известных устройствах сигнал о прохождении метки в каждом контрол ном сечении потока поступает от олного датчика, реагирующего на появление фронта метки 1. Однако вследствие дисперсии метки (размыкания) в потоке, кривая распределения ее концентрации из нормальной симметричной становится несимметричной, СКОРОСТЬ фронта метки отстает от скорости потока до 3% и на эту величину возрастает погрешность измерений. Известно устройство, реагирующее на величину и знак производной концентрации смеси последовательно перекачиваемых жидкостей, в котором нуль-орган соединен по дифференциальной схеме с двумя датчиками концентрации, разнесенными на расстояние менее длины смеси 2. Однако при этом, кривая концентрации смеси характеризуется плоской вершиной, тогда как метки берутся минимального объема и имеют нормальную кривую распределения концентрации в начале пути и ассиметричную кривую - в конце пути, как результат дисперсии. Цель изобретения заключается в устранении влияния дисперсии метки на точность измерения времени прохождения ею заданного расстояния. Это достигается тем, что в предлагаемом канале меток два идентичных датчика концентрации соединены с входами компаратора через дифференциальную схему, причем датчики разнесены вдоль потока на расстояние 0,66 длины смеси (метки). При этом компаратор выдает импульсный сигнал при равных концентрациях фронта и спада метки на уровне одной трети о максимальной концентрации метки. На фиг.1 изображена структурная схема описываемого устройства на фиг. 2 и 3 - кривые, поясняющие его работу. Датчики 1 и 2 концентрации идентичны и расположены в потоке 3 на расстоянии длины базы дЬ друг от дру га. Выходы датчиков соединены через дифференциальную или мостовую схему 4с входами компаратора 5, выход ко торого является выходом канала. Дат чики выбираются в соответствии с контролируемым параметром метки, например электропроводности, диэлектрической или магнитной проницаемости оптической прозрачности или рефракции, скорости ультразвука, температу ры, ионизирующего излучения и т.п. Компараторы (сравнивающие устройства, нуль-органы) могут быть пороговые, генераторные, усилительные и Измерительный канал работает сле дующим образом. При однородном пото схема 4 сбалансирована и компаратор 5заперт. Продвижение метки через датчики I и 2 вызывает на их выходах сигналы - аналоги кривой распределения концентрации с бинарной смеси ве ществ метки и потока-носителя, приче кривая V2 сдвинута относительно крив напряжения V датчика 1 на время тран спортной задержки , где ДЬ расстояние между датчиками (длина базы), а V - скорость потока. Компаратор 5, например, порогового типа (триггер Шмитта и т.п.) выдает импульс выходного напряжения . при переходе через нуль разностного напряжения -V 0 Действие канала при метках симметричной формы поясняется эпюрами кривых на фиг.2, а для несимметричной формы - на фиг.З. На фиг. 2 и 3 кривые С показывают характер распределения мгновенной концентрации С метки по длине L гтбтока, где длина метки, а лЬ - длина базы. Кривые V(t); uV(t) , V|(t показывают распределение по времени t напряжений, соответственно - на выходе датчиков, на входе и выходе компаратора. Кружками отмечена равно сигнальная зона V V2 . Фиг. 2 поясняет прослеживание сим метри ной метки, существующей на малых расстояниях от места ее ввода Длина базы ДЬ достаточно минимально необходамая для работы компаратора. т.е. перекрещивания кривых V и V. Канал работает в режиме слежения на производной концентрации по времени или длине (дУ/дС или, что то же, uC/At или дС/дЬ). Компаратор работает в момент перехода дУ через нуль (в равносигнальной зоне), выдавая импульс Удд, совпадающий по времени с моментом прохождения максимума концентрации Сд, моды и медианы через контрольное сечение потока, лежащее на середине расстояния между датчик ами. Однако отсчеты времени по макси-. муму (пику) концентрации не пригодны для асимметричных (размытых) меток с большей дисперсией из-за нечеткого пика и других причин. Режим слежения с выдачей импульса в средний момент времени между точками с одинаковой концентрацией на фронте и возможен при увеличении базы AL вплоть до величины, близкой к L. При этом линия равносигнальной зоны опускается к основанию кривой и уменьшается влияние нечеткости пика (плоской вершины).- Но этот режим невыгоден из-за чрезмерного увеличения дЬ и не обеспечивает высокой точности при асимметричных .метках с большой дисперсией. На фиг. 3 асимметричная метка представлена идеализированной в форме треугольника. Оптимальная длина базыдЬ 0,66 Ьдд обеспечивает просле- живание метки датчиками 1 и-2 на уровне концентрации . Компаратор 5, сравнивая V. и V при их совпадении в момент времени t- выдает импульс Удд,что совпадает с прохождением через контрольное сечение средней точки О ШИРИНЫ метки, лежащей на высоте 1/3 от максимальной концентрации. Точка О является центром тяжести площади, лежащей под кривой. Применение измерительных каналов меток, свободных от погрешностей, связанных с дисперсией меток, позволит значительно сократить погрешность меточных расходомеров и других устройств и систем. Другими достоинствами канала являются высокие помехоустойчивость, быстродействие и чувствительность, а также пригодность к длительной бесподстроечной работе. Формула изобретения Измерительный канал меток потока, содержащий датчики концентрации и компаратор, отличающийся тем, что, с целью устранения влияния дисперсии меток на точность измерения момента прохождения метки, два идентичных датчика соединены с входами компаратора через дифференциальную

5 6573526

схему, причем датчики разнесены вдоль 1. Ильинский В.М. Бесконтактное потока на расстояние 0,66 длиньд. метки. измерение расходов. М., Энергия, Источники информации, принятые во

внимание при экспертизе

1970, с. 82-83.

2. Авторское свидетельство СССР 356629, кл. G 05 D 11/02, 1970.

(иг.З

Риг.г