Устройство для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока Советский патент 1980 года по МПК G01P5/24 G01F25/00 G01P21/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ СКОРОСТИПОТОКА

1

Изобретение относится к области поверочно-наладочной аппаратуры и может быть использовано для определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока и рас.хо дом еров.

Известно устройство для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока, содержащее двухканаль.ный акустический преобразователь с пьезоэлектрическими излучателями и приемниками, генератор, регулятор временного сдвига и измерительный прибор устройство не может быть использовано для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока в зависимости от давления (напора) потока, а также характеристик акустических шумов, возникающих в потоке при его движении в трубе. Это связано с тем, что отсутствуют методы формирования эталонных потоков с давле-

нием контролируемой среды, флуктуиру ЮЩИМ по известному закону и акустическими шумами потока, с управляемыми в необходимых пределах статистическими характеристиками. В режиме градуировки известное устройство позволяет осуществлять фактически только граду1фовку электронного блока обработки иш}1ормации измерительного прибора и не охватывает пьезоэлектрических преобразова10телей и приемопередатчиков. Таким образом значительно снижается точность градуировки и ограничена область применения известного устройства.

Наиболее близким по технической сущISности к предлагаемому является устройство для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока, содержащее термоблок с емкостью для контролируемой среды, в которой установлены электроакуст1гческие датчики Iизмерителя скорости потока, приемопередатчик, соединенный с датчиками, блок 3 регулируемой временной задержки, вычисл тельный блок и подключенный к его выхо ёлок регистрации 2. Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, а также невысокая точност градуировки и огфеделения метрологичес ких характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока, вызванные тем что при градуировке и онределонии метрологических характеристик измеряемого потока (флуктуации затухания, акустические шумы, переменное во времени демпфирование акустической системы). С ПОМОЩЬЮ известного устройства нево можко исследовать помехоустойчивость, . а также влияние изменений давле}шя в потоке на ТОЧЕЮСТЬ испытуемого измерителя. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и уве личение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены двухканальный сумматор,.генератор шума, модулятор шума, генератор модулирующего сигнала, ключ, блок управления ключом, напорная установка с бло ком управления давлением и эталонный измеритель скорости ультразвука в конт ролируемой среде, причем первый вход двухканального сумматора соединен с первым выходом приемопередатчика через блок регулируемой временной задерж ки, второй вход - со вторым выходом приемоп едатчика, третий вход - с выходом модулятора шума через ключ, а его выходы соединены со входами вычислительного блока, выход которого через блок управления ключом соединен с ключом, входы модулятора шума соединены соответственно с выходами гене ратора шума и генератора модулирующих сигналов, второй выход которого соединен с блоком управления давлением напорной установки, соединенной с емкост для контроли7)уемой среды. На Чертеже представлена блоксхема предлагаемого устройства. Оно содержит электроакустические датчики 1,2 и 3,4, емкость с контролируемой средой 5, термоблок 6, блок 7 у1фавлещ1я давлением, напорную установ ку 8, приемопередатчик 9 с выходными каналами Юн II, вычислительный блок 12, блок 13 регулируемой временной задержки, блок 14 управления задер кой, двухклнмльный cyi -tMaTop 15, гене43ратор 16 шума, модулятор 17 шума, генератор 18 модулирующих сигналов, ключ 19, блок 2О управления ключом, эталонный кзмеритепь 21 скорости ультразвука, например интерферометр, и регистрир юшее устройстве 22. При этом датчики 1-4 , приемопередатчик 9 и вычислительный блок 12 являются составными блоками испытуемого измерителя скорости потока. В канале 10 вход передаквдего электроакустического датчика 1 подключен к выходу генератора зондир тощих импульсов приемопередатчика 9, а выход приемного электроакустического датчика 3 подключен Ко входу усил.чтеля импульсных сигналов приемопередатчика 9, выход которого через блок 13 регулируемой временной задержки соединен с пери ьм входом двухкаиального сук-1матора 15, а его первый выход соединен с первым входом вычислительного блока 12. Ко второму входу блока 13 регулируемой временной задержки подключен выход блока 14 управления задержкой. В канале 11 вход передаюш:его электроакустического датчика 2 под7 лючен к выходу генератора зондирующих импульсов приемопередатчика 9, а выход приемного электроакустического датчика 4 подключен ко входу усилителя импульсных сигналов приемопередатчика 9, выход которого подключен ко второму входу двухканального сумматора 15, а его второй выход соединен со вторы л входом вычислительного блока 12. Третий вход двухканального сумматора 15 соединен с вьгходом модулятора 17 шума ч&рез 19, к управляемому входу которого подключен выход блока управления ключом 20. К первому входу модулятора 17 шума подключен выход генератора 16 шума, а второй вход соединен с входом генератора 18 модулирующего сигнала, причем второй его выход соединен с блоком 7 управления давлением в емкости с контролируемой средой, помещенной в термоблок 6. Устройство 7 утгравле 1ия давлением подключено к напорной установке 8. Первый выход вычислительно о блока 12 соединен со входом синхронизации приемопередатчика 9, второй его выход - с блоком 2О управления ключом, а третий выход с регистрир тощим устройством 22. Термо- блок 6 с емкостью для контролируемой среды соединен с эталонным из epитeлем 21 скорости ультразвука, например интерферомотролт. Предложенное устройство работает следующим образом. В стационарном режиме градуировки с помощью напорной установки 8 и термо блока 6 установлен наминальный рабочий режим контролируемой среды 5, генератор 18 модулирующих сигналов включен, а ключ 19 разомкнут. При установке фиксированной величины задержки , блока 13 в предложенном устройстве имитируется стационарный по ток с и-звестной скоростью Vg . При этом градуировка и определение абсолютной погрешности измерения скорости сводится к сравненшо показаний скорост испытуемого измерителя (выходной ве- личгпы вычислительного блока 12) со скоростью Vg имитируемого потока. Скорость Vg определяется путем вы V числения по .алгоритму, согласованно му с алгоритмом работы испытуемого измерителя, в который в качестве переменных входят известные величины задержка tW , скорость ультразвука О в контролируемой среде 5, измеренная с помощью эталонного измерителя 21, и расстояние d между фазовыми цент рами датчиков 1,4 и 3,2. В режиме определения зависимости абсолютной погрешности i V исследуемого измерителя от температуры Т и давления Р потока регистрируются зависик ости V (Т,Р) и С (Т,Р) при установленной требуемой вачичине . Далее процедура построения градуирово ных кривых зависимостей &V (Т,Р) сводится к вычислению зависимостей скорости имитируемого потока вида УЭ С (Т,Р); ; сравнению последних с зарегистрированными зависимостями (Т,Р). В режиме определения хшнамической погрещности исследуемого измерителя с помощью блока 14 управления задержка t блока 13 изменяется по ступенчатому закону от величины 1 до величины t. Это эквивалентно ступенчатому изменению скорости имитируемого потока от величины 2Гс(Т,Р tli.d до велмшы УЗ с (t,P) -1 . d Динамическая погреигаость измерителя определяется по временной зависимости его выходной величины V ( t ) В режиме определения величш1ы флу туаиионной погрешности измерителя, ис точником которой являются флукту ации давления в контрол51руемом потоке, дав ление контролируемой среды 5 изменяе 36 ся с помощью блока 7 упрагшения давлением. При этом закон изк оне11ия давления Р { -Ь ) задается с помощью генератора 18. Фл ктуащш давлеЕ{ия в сжимаемых контролируемых средах 5 вызывают флуктуации затухания проходящих акустических импульсов и скорости С ультразвука в среде. Поэтому генератор 18 вырабатывает видеоимпульсный сигнал управленияблоком 7, причем амплитуда видеоимпульсов установлена из условия Д. Р ( и ) л РЭ - где Рд - экст- ремальный для конкретного имитируемого потока перепад давлен 1й. Конкретная величина зависит как от физ1гческого состояния потока (газ, жидкость), так и от конструктивных параметров, а также рабочего режима потокопровода (открытый поток, трубопровод и т.д.). Величина флуктуацивнной погрешности, например энтропийная погрещность, исследуемого измерителя определяется путем статической обработки определенного количества зарегистрированных в устройстве 22 его выходных величин. В режиме определения флуктуационной погрещности измерителя, источником которой являются акустические щумы в контрол1фуемом потоке, ключ 19 периодически открывается сигналом блока 20 управления. Блок 20 управления синхронизирован общим сигналом синхронизации испытуемого измерителя, поступающим с вычислительного блока 12. При этом во время отшфания ключа 19 на выходах сумматора 15.реализуется аддитивная смесь .выходЕ1ых импульсов каналов Ю и 11 приемопередатчика 9 и выходного шумового сигнала модулятора 17 щума. В обоих каналах Ю и 11 приемопередатчика 9 для увеличения помехоустойчивости используется временная селекция применяемых акустических ш тпульсов. Поэтому в реальных рабочих условиях шу 1овой сигнал контролируемого реального потока поступает на входы вычислительного блока 12 только во время действия строб-импульса, открывающего приемопередатчик 9. В предложенном устройстве с помощью элементов 15,19 и 20 реализована форма щ тлового сигнала на входах блока 12 опреде:тяется статистикой акустических щумов реального потока видом компле7шной функции передачи приемного канала, определяемой произведением комплексных функций передачи датчиков 3,4 и приемоперодотчика 9. В предложенном устройство

77

Статистика шумов на входах блока 12 устанавливается с помощью генератора l6 шума, состоящего, например, из генератора белого и программируемого полосового фильтра, а также с помощью модулятора t7 мощности шума. Для воспроизведения статистики реальных шумов, например потоков с повышенным уровнемкавитации, с помощью модулятора 17 производится МОЛУЛЯ1ШЯ выходных шумов генератора 16 квазислучай- ной серией видеоимпульсов.

Предложенное .устройство позволяет строить градуировочные кривые зависимости абсолютно погрешности измерения исследуемых ультразвуковых импульсных измерителей от температуры импульсных измерителей от температуры и давления потока, опреде; ять соответствующие исправочные коэффициенты, а также определять флуктуационную срставЛ5пошую погрешности измерения, причиной которой являются акустические шумы контролируемого потока и флуктуации давления. Следовательно, функциональные возможности устройства расширены. Факти чески предложенное устройство позволяет имитировать широкий класс реальных потоков с хорошим приближением.

Точность градуировки увеличена, так как градуировка проводится при номинальном режиме контролируемой среды, определяемой температурой и давлением среды

Использование предложенного устройства позволяет с высокой производительностью определять весь комплекс метрологических характеристик импульсных ультразвуковых измерителей скорости потоков с пов тшенным уровнем акустических шумов, высокие скорости потока га- зов, потоки плазмы, потоки в трубопроводах проведения компонент смеси горючего ракетных двигателе и т.п. Формула изобретения

Устройство для градуировки и определения метрологических характеристик

8

ультразвуковых измерителей скорости потока, содержащее термоблок с емкостью для контролируемой среды, .в которой установлены электроакустические датчики измерителя скорости потока, приемопередатчик, соединенный с электроакустическими датчиками, блок регулируемой временной задержки, вычислительный блок и подключенный к его выходу блок регистрации, отличают е- е с я тем, что, с целью расширения фунциональных возможностей и повышения точности измерений, в него введены двухканальный сумматор, генератор шума, модулятор шума, генератор модулирук щего сигнала, ключ, блок управления ключом, напорная установка с блоком уп равлений давлением и эталонный измеритель скорости ультразвука в контролируемой среде, причем первый вход двухканального сумматора соединен с первым выходом приемопередатчика через блок регулируемой временной задержки, второй вход - со вторым выходом приемопередатчика, третий вход - с выходом модулятора шума через ключ, а выходы двухканального сумматора соединены со входами вычислительного блока, выход которого через блок управления ключом соединен с ключом, входы модулятора шума соединены соответствено с выходами генератора шума и генератора модулирующих сигналов, второй выход которого соединен с блоком управления давлением напорной установки, соединенной с емкостью для контролируемой среды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 2О6846, кл. & О1 Г 1/66, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР N 287336, КЛ.& O5D 23/19, 1969 (прототип).