Ультразвуковой расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/66 G01F1/00 

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано при определении рахзхода жидкости. Известны устройства для измерения расхода содержащие ультразвуковой генератор, излучатели, приемники, уси лители сигналов, блок коррекции и индикатор, в которых расход жидкости г зопорционален разности частот импульсов автоциркуляции по потоку и hpoтив него 1 . Недостатком таких устройств является низкая оперативность контроля, обусловленная тем, что при измерении расхода в трубах различного диаметра и толщины стенок требуется предварительная калибровка устройства. Наиболее близким по технической сущности, к предлагаемому является ультразвуковой расходомер, содержащий акустический преобразователь с четырьмя пьезоэлементг1ми, два канала изАЮрёния с приемником сигналов, рас ширителем временных интервалов и геиератором импульсов в каждом канале, блок регистрации 2 . Недостатком этого устройства явля ется недостаточно высокая точность и оперативность измерений вследствие того, что при различных толщинах стенок и диаметрах трубы информация о расходе может вьщаваться в искаженном виде, а при контроле расхода в различных трубах необходимы предварительная калибровка устройства и сложные системы обработки сигналов. Цель изобретения - повьваение точности и оперативности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой расходомер введены толщиномер, а в каждый канал измерения - последовательно соединенные обратимый акустический преобразователь временной селектор и линия задержки, при зтом в каждом канале шлсод генератора импульсов подключен ко входу временного селектора, первый вход расширителя временных интервалов подключен к выходу толщиномера, второй вход соединен с выходом линия задержки собственного канала, третий вход подключен к выходу приемника сигналов, а выход расширит1вля временньос интервалов подсоединен ко входу генератора импульсов собственного канала и одному из входов блока регистрации. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого ультразвукового расходомера. Расходомер содержит акустический преобразователь с четырьмя пьезопреобразователями 1-4, блок 5 регистрации, выполненный в виде разностного частотомера, толщиномер 6, первый ка нал измерения, включагаций обратимый акустический преобразователь 7, временной с.елёктор 8, линию 9 задержки, приемник 10 сигналов, расширитель 11 временных интервалов и генератор 12 импульсов; второй канал 13 измерения выполненный аналогично первому (на чертеже не раскрыт). Расходомер работает следующим образом. Рассмотрим работу первого канала. Импульс с выхода генератора 12 импул .сов возбуждает пьезоэлемент 1, обратимый преобразователь 7 и запускает временной сектор 8, Ультразвуковая волна от излучателя 1 проходит стенк трубопровода, иccлeдye DEJй поток, про тивоположную стенку трубопровода и принимается пьезопреобразователем 2. Время задержки сигнала от излучателя 1 до приемника 2 составляет . + сТ - гдеСд и 1 времена задержки акус- тического сигнала в пер ходном слое пьезопреобразователя и в стенке трубопровода соответственно;LQ - внутренний диаметр трубопровода , С - скорость ультразвуковых волн в исследуемом пото ке; V - скорость потока; 06 - угол между вектором ско рости ультразвуковых волн и вектором скорости потока. Импульс с выхода генератора 12 та же воздействует на преобразователь 7 возбуждающий волну, которая проходит стенкУ трубопровода, отражается от границы стенка-поток, преобразуется преобразователем 7 в электрический сигнал и выделяется при помощи време ногб селектора 8. Сигнал на выходе селектора при этом задерживается на время 2с и подается на вход линии 5 задержки, время которой выбрано ра ным 21. Таким образом, на второй вход расширителя 11 временных интервалов поступает сигнал, задержанный относительно сигнала с выхода генера тора 12 на время + 2ic , а на третий вход - сигнал с задержкой . Временной интервал между импульс - , -. л л л :0 ми Т и t г составляет c+Vco5o ка выходе расширителя 11 временных интервалов образуется импульс- длительмостью -2 Д 2, 3...) и задается напряжением толщиномера 6. Это напряжение подается на первый вход расширителя 11 временных интервалов. Задний Лронт импульса с выхода расширителя 11 временных интервалов запускает генератор 12 импульсов, в результате чего замыкается цепь автоциркуляции. Частота повторения импульсов в синхрокольце . вого канала составляет t2+t4 C- Vcoso6 Поскольку t tzf то Г Импульсы с частотой повторения F поступают на суммирующий вход разностного частотомера 5, на вычитающий вход которого аналогично поступает сигнал с выхода второго канала 13 C-VcoB ел измерения с частотой р выходе частотомера 5 получают резуль2vcosctPO-F-.-PJ тат измерения в виде Таким образом, предлагаемый ультразвуковой расходомер обладает повьашенной точностью и оперативностью измерений, поскольку результат измерения выдается автоматически при любых толщине стенок и диаметре трубы в цифровой форме. Это позволяет обойтись без предварительной калибровки прибора при контроле расхода в различных трубах. Результат измерения может быть введен непосредственно в ЭВМ, что позволяет автоматизировать системы контроля, основанные на определении скорости ультразвука и расширяет область применения ультразвуковых измерительных приборов. Формула изобретения Ультразвуковой расходомер, содержащий акустический преобразователь с четьгрьмя пьезоэлементами, два канала измерения с приемником сигналов, расширителем временных интервалов и генератором импульсов в каждом канале, блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и оперативности измерений, в него введены толщиномер, а в каждый канал измерения - последовательно соединенные обратимый акуйтический преобра зователь, временной селектор и линия задержки, при этом в каждом канале выход генер,атора импульсов подключен ко входу временного селектора, первый вход расширителя временных интервалов подключен к выходу толщиномера, второй вход соединен с выходом линии задержки собственного кансша, третий вход подключен к выходу приемника сигналов, а выход расширителя временных интервгшов подсоединен ко входу генератора импульсов собственного канала и одному из входов блока регистрации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Биргер Г. И. Бражников Н. И. Ультразвуковые расходомеры. М., Металлургия, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 423214, кл. G 01 F 1/00, 1974.