Ультразвуковой измеритель скоростипОТОКА Советский патент 1981 года по МПК G01F1/66 

1

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано в системах контроля скрости потока.

Известен ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий двухканальный акустический преобразователь с жидкостными, эвукопроводами, дополнительный излучатель, помещенный в один из звукопроводов, расположенный в другом звукопроводе дифференциальный приемник, сервопривод, масштабный блок и фазоизмерительный блок Ц.

Однако эти устройства имеют низкое быстродействие регулировки диаграммы направленности излучателя из-за наличия в устройстве сервопривода.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий, камеру для пропускания контролируемой жидкости, расположенные на стенках камеры пьезоизлучатель и два разнесенных вдоль продольной оси камеры пьезрприемника с электродами, блок измерения с генератором импульсов, под.ключенным к пьезоизлучателю 2.

Недостатком такого ультразвукового измерителя скоррсти потока является невысокая точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковой измеритель скорости потока введено два коммутатора электродов пьезопреобразовате0лей, измеритель временных интервалов и интегратора, при этом выход блока измерения соединен со входом пьезоизлучателя через первый коммутатор и с первым входом измерителя временных

5 интервалов, второй вход которого подключен к выходу первого пьезоприемника, выход второго пьезоприемника подключен ко входу второго коммутатора, выход которого подсоединен к пер0вому входу блока измерения, выход измерителя временных интервалов подключен ко второму входу блока измерения и входу интегратора, выход которого соединен с управляющими входами обоих упомянутых коммутаторов.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

У.аьтразвуковой измеритель скорости потока содержит первый коммутатор 1, пьезоизлучатель 2, первый и второй пьезоприемники 3 и 4, второй коммутатор 5, при этом первый приемник 3 через измеритель 6 временных интервалов, интегратор 7, второй коммутатор 5, блок 8 измерения и первый коммутатор 1 подключен к излучателю 2, Выход блока 8 измерения подключен ко второму входу измерителя б временных интервалов, выход которого подсоединен ко второму входу измерительного блока 8. Выход интегратора соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов 1 и 5.

Устройство работает следующим образом.

После включения напряжения питания импульсный генератор (не показан), который находится в блоке 8 измерения и работает в автоколебательном режиме с периодом повторения Т, превышающим максимально возможный интервал времени прохождения ультразвуковым импульсом расстояния между преобразователями 2 и 4, возбуждает излучающий преобразователь 2 с двухлучевой диаграммой направленности и одновременно запускает измеритель 6 временных интервалов. Ультразвуковой импульс проходит исследуемый поток и принимается пьезоприемниками .3 и 4, Интервал времени Г, соответствует времени прохождения акустического сигнала через расстояние Н, а f j времени прохождения сигнала через расстояние .i.

Принятый преобразователями 3 и 4 ультразвуковой сигнал преобразуется в электрический и поступает на измеритель 6 временных интервалов и на аналогичное устройство в блоке 8 измерения, в котором формируется импульс длительностью 1 . С выхода измерителя б временных интервалов импульс длительностью Т поступает на блок 8 измерения и на интегратор 7.

На выходе интегратора 7 получается напряжение U KjC , где Kj- постоянная интегрирования. Это напряжение поступает на коммутаторы 1 и 5. В случае изменения параметров контролируемой среды (например, изменении температуры потока) из-за изменений скорости ультразвука на выходе измерителя 6 временных интервалов будут формироваться импульсы различной длительности. Поскольку период изменения параметров среды обычно во много раз превышает период повторения импульсов зондирования ожно считать, что напряжение н выхода интегратора 7 будет следить за скоростью ультразвука в контролнруемой среде.

По уровню напряжения U на управяющих входах коммутаторов однознач

но определяют направление излучения и приема ультразвуковых колебаний в контролируемой среде.

В качестве ультразвуковых пьезопреобразователей 2 и 4 в предлагаемом ультразвуковом измерителе скорости потока могут быть использованы пьезоэлектрические стержни с нансенными на торцовую и боковую поверхности электродами. Электроды на боковой поверхности пьезоэлектрического стержня выполнены в виде колец, которые расположены в плоскостях, составляющих различные углы с торцовой плоскостью стержня. В предлагаемом устройстве на боковых поверхностях пьезопреобразователей нанесено несколько кольцевых электродов . Угол максимума диаграммы направленности пьезопреобразователей 2 и 4 зависит от скорости ультразвука в среде и от угла между торцовым и боковым электродами, его можно менять, переключая при помощи коммутаторов 1 и 5 другой кольцевой электрод на боковой поверхности пьезоэлектрического стержня. Это вызвано тем, что когда торцовый и боковый электроды пьезопреобразователей 2 и 4 расположены под углом, на излучающей поверхности преобразователей получается неравномерное по амплитуде и фазе распределение упругих смещений. Расстояние между осями симметрии стержней подбирается в зависимости от угла максимума диаграммы направленности пьезопреобразователей 2 и 4 и ди-;аметра трубопровода.

Таким образом, блоки 1-7 образую замкнутую цепь автоматического регулирования, позволяющую поддерживать направление излучения и приема ультразвуковых колебаний на одной прямой. Это позволяет стабилизировать амплитуду принятого акустического сигнала при изменении параметров контролируемой среды, что повышает точность контроля и расширяет область применения устройства.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий камеру для пропускания контролируемой жидкости, расположенные на стенках камеры пьезоизлучатель и два разнесенных вдоль продольной оси камеры пьезо- . приемника с электродами, блок измерения с генератором импульсов, подключенным к пьезоизлучателю, о т 0 л.ич ающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введено два коммутатора электродов пьезопреобразователей, измеритель временных интервалов и интегратор, при этом выход блока измерения соединен со входом пьёзоизлучателя через первый ксмимутатор и с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого подключен к выходу первого пьезоприемника, выход второго пьезоприемника подключен ко входу второго коммутатора, выход которогр подсоединен к первому входу .блока измерения, выход измерителя временных интервалов подключен ко второму входу блока измерения и входу внтегратора, выход которого соединен с управляющими входами обоих упомянутых KCWмутаторов,

Источники информации, принятые во gHiiMaHHe при экс пертизе

1.Авторское свидетельство СССР 322622, кл. G 01 F 1/бб, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР 617683, кл. G 01 F 1/66, 1973.