Ультразвуковой расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/66 

.-..

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом .и может быть использовано в системах измерения скорости потока..

Известен ультразвуковой расходомер, содержащий несколько пар излучательприемник ультразвуковых колебаний , расположенных в плоскости,пересекающей контролируемый поток, на одинаковых расстояниях друг от друга (i.

Недостатками расходомера я вляются невысокая точность измерения вследствие того, что преобразователи установлены непосредственно в потоке и создают повышенную турбулентность в зоне зондирования ультразвуком, а также недостаточное быстродействие измерения и сложность схемы расходомера, что обусловлено тем, что пары преобразователей посредством усилителей соединены после- .довательно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультраовуковой расходомер, содержащий ульт

развуковой излучающий пьезопреобрайователь с двухлучёвой диаграммой направленности, два расположенных на противоположной от излучающего пьёзопр образователя стенке трубопровода ультразвуковых приемных пьезопреобразователя, схему измерения с возбуждающим генератором, подключенным к ультразвуковому излучающему пьезопреобразователю, и индикатсфом 2|.

to

Недостатком этого измерителя является узкий частотный диапазон преобразователей с двухлучёвой диграммой направленности, исключает возможность работы в импульсйом режиме, который

15 позволяет реализовать высокую точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Для этого в п эедлагаемсим устройстве

X ультразвуковые пьезопреобразователи расположены по углам прямоугольного треугопьнШса и вьтолнены в виде поляризованных по длине пьезоэлектрических

стержней с -нанесеш1ыми на торцовую и боковую поверхности токопроводящими электродами, причем боковые электроды йёЛучакэщего и одного из приемньХ пьезопреобразователей, расположенн ых в острых углах прямоугольного треугольника, выполнень под углом к торцовым актив. ным поверхностям пьезоэлектрических стержней и параллельно друг другу, а боковой электрод другого приемного пьезопреобразователя выполнен параллельно торцовой активной поверхности пьезоэлектрического стержня, в схемуизмерения введены два формирователя временных интервалов, блок памяти временных иигервалов, функциональный преобразователь, блок разностного интервала времени и решающее устройство, причем к первым входам двух формирователей временных интервал6в подключены соответственно первый и второй ультразвуковые приемные пьезопреобразователи, а ко вторым входам - выход возбуждающего генератора, выход первого формирователя временных интервалов соединен с первым входом блока памяти временных интервалов, вторым входом подключённым к выходу второго формирователя временных интервалов, который также соединен с входом функционального преобразователя, выход блока памяти временных интервалов соединен с одним из входов блока разностного интервала времени, другой

вход которого подключен к выходу функционального преобразователя и с первым вводом рещаюшего устройства, второй вход которого соединен с выходом блока разностного интервала времени, третий вход решающего устройства соединен с выходом второго формирователя временных интервалов, а выход решающего устройства подключен к индикатору.

На чертеже представлена структурная схема расходомера.

Ультразвуковой расходомер расположенньге на стенке трубопровода 1 ультразвуковой излучающий пьезопрёобразователь 2 с двухлучевой диаграммой направленности и двй ульт 1азв уковых приемных пьезопреобразователя 3 и 4, один из которых (пьезопреобразователь З) имеет однолучевую диаграмму направленности, а другой {пьезопреобразователь 4)- двухлучевую. Ультразвуковые пьеаопреобразователи 2,3 и 4 расположены в держателях 5 по углам прямоугольного треугольника 6 и выполненнь в виде Пбляризбванных по длине пьёзОЭ;геКтрических стержней с нанесенными на торцовую и боковую поверхности токопроводящими электродами 7. Причем боковые электроды пьезопреобразователей 2 и 4 выполнены под углом к торцовым активным поверхностям и параллельно друг другу, а боковой электрод пьезопреобразователя 3 выполнен параллельно торцовой активной поверхности.

, Блок измерения содержит возбуждающий генератор 8, подключенный к излучающему пьезопреобразователю 2 и два формирователя временных интервалов 9 и 10. К первым входам последних подключены соответственно первый 3 и второй 4 приемные пьезопреобразователи, ко вторым входам - выход возбуждающего генератора 8. Выход первого формирователя временных интервалов 9 соединен с первьгм входом блока памяти временных интервалов 11, вторым входом подключенным к выходу второго формирователя временных интервалов 10, . который также соединен с входом функционального преобразователя 12, выход

блока памяти временных интервалов 11

соединен с одним из входов блока разностного интервала времени 13, другой

вход которого подключен к выходу функционального преобразователя 12, и с первым входом решающего устройства 14, второй вход которого соединен с выходов блока разностного интервала времени 13. Третий вход решающего устройства 14

соединен с выходом второго формирователя временных интервалов 10, а выход решающего устройства 14 подключен к индикатору 15.

Расходомер работает следующим об- разом.

Для пьезопреобразователей с неоднородным электрическим полем источниками ультразвука являются торцовая и боковая поверхности пьезоэлектрического стержня, на которых расположены электроды 7. Из-оа интерференции акустических сиг налов в стержне, вызываемой линейноизменяющимся расстоянием между плоскостями электродов 7, диаграмма направленности такого пьезопреобразователя имеет два максимума, первый, перпендикулярный к торцовой поверхности, второй под углом к торцовой поверхности пьезопреобразователей 2 и 4. Диаграмма направленности пьезопреобразователя 3,

рабочие электроды 7 которого параллельны друг другу, имеет один максимум, перпендикулярный к торцовой поверхностиПодобные пьезопреобразователи обладают широкой полосой пропускания, что позволяет реализовать импульсный режим рабо ты расходомера. При расположении пьезопреобразователей 2, 3 и 4 по углам прямоугольного треугольника скорость потока определяется формулой . , К У - расстояние между пьезопреобразователями 2 и 3; (t г- расстояние между пьезопреобразователями 2 и 4; оС - угол между вектором скорости потока и прямой и ; С. - скорость ультразвука в среде. Схема расходомера реализует этот ал горитм. Импульсный генератор 8, работающий в автоколебательном режиме с периодом повторения С , превышающим максималь но возможный интервал времени С. возбуждает излучающий преобразователь 2 двух лучевой диаграммой направленн ост и и .одновременно запускает формирователи 9 и 10. временных интервалов Ультразвуковой импульс проходит исследуемый поток и принимается пьезоприемниками 3 и 4. Интервал времени С:, соответствует времени прохождения акустическим сигналом расстояния И , а . времени прохождения сигналом расстояния fi . Принятый пьезопреглра- ;зователями 3 и 4 ультразвуковой сигна преобразуется в электрический и поступает соответственно на вторые входы формирователей 9 и 10 временных интервалов t;. На выходе формирователя 9 образует ся импульс длительностью Ь , которьгй поступает на блок 11 памяти временных интервалов tr , в котором запоминается до окончания импульса с выхода формиро вателя 10. На выходе последнего образуется импульс с длительностью t , Который одновременно поступает на функциональный преобразователь 12 .%- Первый вход решающего усггройства 14, в котором запоминается (аналогично блоку 11) до прихода импульса с выхода блока 11, и на второй вход блока памяти 1J.. По окончании импульс длительностью С импульс длительностью 2 с выхода блока памяти 11 поступает одновременно на решающее устройство 14 и блок разностного интервала времени 13, на второй вход которого поступает импульс с выхода функционального преобразователя 12 . При этом на выходе блока 13 образуется импульс с дгаггельностгью . который поступает на третий вход решающего устройства 14, который осуществляет следующие операции: х t . ,. С tXiHa выходе решающего устройств&й6лучается сигнал, соответст вующий CKqpocTH потока, ксиируется и поступает на индикатор 15. Формула изобретения Ультразвуковой расходомер, содержащий ультразвуковой излучающий пьезопреобразователь с двухлучевой диаграммой направленности, два расположенных на 1ФОТИВОПОЛОЖНОЙ от излучающего пьезопреобразователя стенке трубопровода ультразвуковых приемных преобразователя, и схему измерения с возбуждающим генератором, подключенным к ультразвуковому излучающему пьезопреобразователю, и шздикатором, отличаю;щийся тем, что, с целью повьщ1ения точности , ультразвуковые пьезопреобразователи расположены по углам прямоугольного треугольника ивьшолнены в ввде поляризованных по длине пьезоэлектрических стержней с нанесенными на торцовую и боковую поверхности токопроводящими электродами, причем боковые эаектроды излучающего и одного из приемiatbix пьезопреобразователей, расположенных в острых углах прямоугольного треугольника, вьшолнены под углом к торцовым активным поверхностям пьезоэлектрических стержней и параллельно друг ДРУГу, а боковой электрод другого приемного пьееопреобразователя вьшолнен параллельно терцовой поверхности пьезоэлектрического стержня, в схему измерения введены два формирователя временных интервалов, блок памяти временных интервалов, функциональный преобразователь, блок разн(эстного интервала време1Ш и решающее устройство,, причем к первым входам двук формирователей временных интервалов подключены соответственно первый и второй ультразвуковые приемные пьезопреобразователи, а