Измеритель скорости потока Советский патент 1980 года по МПК G01P5/24 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА

I

Изобретение относится к области Электроакустики и ультразвуковой техники и может быть использовано, в часности, для измерения скорости потока жидких и газообразных сред, а такйсе для измерения скорости перемещения тел в данных сред.ах.

Известны устройства для измерения скорости потока текущих сред, основанные на одноканальном фазовом методе С попеременной коммутацией ГП.

Недостатком этих устройств являетс то, что под воздействием компонент потока, обусловленных температурными и концентрационными изменениями скорости ультразвука нулевые, (рабочие) точки фазоизмерительных устройств непрерывно дрейфуют, что приводит к уменьшению чувствительности устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее генератор, подключенный через первый модулятор к первому электроакустическому преобразователю

И к селектирующему входу второго фазо- измерительного устройства, через второй модулятор - к второму электроакустическому преобразователю и к селектирующему Входу первого фазоизмерительного устройства, через регулируемый фазовращатель - к входам опорного сигнала, обоих фазоизмерительных устройств, а через блок коммутации к управляющим входам первого и второго модуляторов и фазоизмернтельных устройств L2J.

Недостатками устройства явл-яются недостаточная точность и линейность измерений из-за изменения крутизш 1 преобразования скорости потока в электрический сигнал (в результате интерференционных явлений в акустическом тракте) под действием дестабилизирующих факторов в виде температурньсх и ко щентра дионных изменений скорости ультразвука, изменения расстояния между электроакустическими преобразователями, ухода частоты колебаний генератора. Кроме того, способ автоматического вырапиивания фаз сигналов на входах фазоизмерителькых устройств, примененный в известном устройстве, приводит к дополнительной погрешности, обусловленной тем, что ошибка слежения замкнутой системы автоматики полностью присутствует на выходе основного фазоизмерительного устройства.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство введены блок управления и соединенные параллельно разностный элемент и сумматор, входы которых, соединены с выходами фазоизмерительных устройств, а выход сумматора через блок управления соединен с управляющим входом генератора.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве обес;яечивается автоматическое поддержание постоянства средней волновой разности в акустическом тракте, чем достигаются постоянство и линейность крутизны преобразования скорости потока в выходное напряжение, так как последнее однозначно связано со средним значением волновой разности в акустическом тракте

На чертеже приведена схема предложенного устройства.

Устройство состоит из генератс а 1 синусоидальных колебаний, первого и второго модуляторов 2 и 3 первого и второго электроакустических преобразователей 4 и 5, блока 6 коммутации, первого и второго фазоизмерительных устройств 7 и 9, регулируемого фазовращателя 8, разностного элемента 10, сумматора 11, блока 12 управления.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение высокой частоты, которое . через модуляторы 2 и 3 попеременно поступает на электроакустические преобразователи 4 и 5 и непосредственно на блок коммутации 6, формирующий импульсный низкочастотны управляющий сигнал, который попере- . менно открывает модуляторы,

В одном из тактов коммутации открыт модулятор 2, и элел троакустическ преобразователь 4 излучает пакет акустических колебаний по потоку. Электроакустический преобразователь 5 в это время принимает- акустические колебани и преобразует их в электрический СИ1 нал, поступающий на фазоизмерительное

ус1ройство 7. Фазоизмерительное устройство 7 открыто тем же коммутирующим импут сом, что и модулятор 2. На Фазоизмерительное устройство 7 через регулируемый фазовращатель 8 поступает также опорное напряжение генератора 1.

В другом такте коммутсщии модулятор 2 закрыт и открыт модулятор 3, через который на электроакустический преобразователь 5 поступает высокочастотный сигнал генератора 1. Электроакустический преобразователь 5 излучает акустические колебания против потока, которые принимаются Электроакустическим преобразователем 4 и поступают на Фазоизмерительное устройство 9 открытое тем же низкочастотным импульсом, что и модулятор 3. На второй вход фазоизмерительного устройства 9 через регулируемый фазовращЬтель-8 поступает опорное высокочастотное напряжение генератора 1.

Таким образом, на выходах фазоизмерительных устройств 7, 9 формируются равные по модулю, но противоположн по знаку напряжения, пропорциональные скорости потока. Поступая на разностны элемент 10, напряжения с выходов фазо измерительных устройств 7, 9 вычитаются, и в результате получается сигнал, пропорциональный скорости потока исследуемой среды.

При воздействии дестабилизирующих факторов в виде температурных и концентрационных измерений скорости ультразвука, изменения расстояния между электроакустическими преобразователями 4, 5 изменяется средняя волновая разность в акустическом тракте, и нулевые (рабочие) точки фазоизмерительных устройств 7, 9 смещаются в одном направлении (положительном или отрицательном). На выходе сумматора при этом появляется сигнал, пропорциональный изменению среднего значения волновой разности и не независящий от скорости потока. Напряжение с выхода сумматора 11 поступает через блок управления 12 на управляющий вход генератора 1 и меняет его частоту до тех пор, пока не восстановится исходная средняя волновая разность в акустическом тракте. Блок управления 12 .формирует требуемые динамические характеристики системы автоглатической подстройки частоты генератора 1. Регулировкой фазовращателя 8 изменяется отслеживаемое системой автоматики среднее значение волновой разности и, соответственно, достигается режим, при котором волновая разность кратна целому числу полуволн акустических колебаний, что соответствует наилучшей линейности преобразования скорости потока исследуемой среды в электрический сигнал. Формула изобр е т е н и я Измеритель скорости потока, содержа щий генератор, подключенный через первый модулятор к первому электроакустическому преобразователю и к селектирующему входу BTopoJX) фазойзмерительного устройства, через второй модуляторк второму электроакустическому преофа зователю и к селектирующему входу первого фазодзмерительного устройства, через регулируемый фазовращатель к входам опорного сигнала обоих фазоизмерительных устройств, а через блок коммутации - к управляющим входам первого и второго модуляторов и фазоизмерительных устройств, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок управления и соединенные параллельно разгюстный элемент и сумматор, которых соединены с выходами фазоизмерительных устройств, а выход сумматора через блок управления подключен к управл5пощему входу генератора. Источники информаяии, принятые во внимание при экспертизе 1.Бражников Н« И. Ультразвуковая фазометрия. Энергия, М., 1968, с. 181-248. 2.Авторское свидетельство СССР № 148253, кл. Gi-01 Р 5/00, 1961, (прототип).