Устройство для измерения вихрево-гО КОМпОНЕНТА СКОРОСТи пОТОКА Советский патент 1981 года по МПК G01P5/24 

Изобретение относится к иэмерительной технике и может быть использовано для измерения вихревого компонента скорости потока. Известны устройства для измерения вихревого компонента скорости потока жидкости, содержащие систему тел, об текаемых потоком, выполненную в виде пар одинаково ориентированных тел, связанных с осью, проходящей через центр тяжести пары, и узел измерения силового воздействия, выполненный в виде измерителя вращающего мсадента 0-3 Недостатком таких устройств является ограниченная область использова ния вследствие того, что они позволяют определять вихревую составляющую скорости потока жидкости только на небольшой площади.. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, содержащее импульсный генератор, .выход которого через последовательно соединенные усилители мощности и коммутатор присоединен к двум акустическим преобра зователям, расположенным в одной вершине многоугольника, в остальных вершинах которого расположены отражатели, приемные усилители, соединенные через коммутатор с акустическими преобразователями, и блок управления, подключенный к управляющим входам коммутатора 2 . Недостатком этого устройства является Малая помехозшцищенность из-за влияния случайных помех, а также невысокая точность измерений, особенно при измерении вихревых компонентов скорости потока малой ве.пмчины. Цель изобретения - повышение помехозащищенности и точности измерения вихревых компонентов скорости потока. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство для измерения вихревого компонента скорости потока введены первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй нормализаторы уровня сигналов, блок задержки, первый и второй преобразователи напряжение-ток, формирователь, одновибратор, первый и второй триггер, интегрирующий конденсатор, нуль-орган, первый и второй электронные ключи и блок квантования и кодирования временного интервала, причем к выходам первого и второго приемных усилителей присоединены, соответственно, входы первого и второго амплитудных детекторов , к выходу первого амплитудного детектора через первый нормализатор уровня подсоединен вход первого преобразователя напряжение-ток, а к выходу второго амплитудного детектора через последовательно соединенные второй нормализатор уровня и блок .задержки - вход второго преобразователя напряЖение-ток, выход второго преобразователя напряжение-ток непосредственно , а выход первого преобразователя напряжение-код через первый электронный ключ соединены с первой обкладкой интегрирующего конденсатора и входом нуль-органа, вторая обкладка интегрирующего конденсатора и вход второго электронного ключа соединены с общей шиной, выход нуль-органа соединен с нулевым входом первого триггера, единичный вход которого через последовательно соединенные одновибратор и формирователь соединен с выходом первого нормализатора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу первого электронного-ключа, а единич ный выход - ко входу блока квантования и кодирования временного интервала, управляющему входу второг преобразователя напряжение-ток и к нулевому входу второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом устройства управления, а нулевой выход - с. управляющим входом второго электронного ключа.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для измерения вихревого компонента скорости потока.

Устройство содержит отражатели 1, образующие вершины многоугольника, акустические преобразователи 2 и 3, размещенные в одной из вершин многоугольника., коммутатор 4, усилители 5 и,б мощности, импульсный генератор 7, -приемные усилители 8 и 9, амплитудные детекторы 10 и 11, пер вый 12 и второй 13 нормализаторы уровня сигналов, блок 14 задержки, первый 15 и второй 16 преобразователи напряжение-ток, формирователь 17, одновибратор 18, первый электронный ключ 19, интегрирующий конденсатор 20, второй электронный ключ 21, первый 22 и второй 23 триггеры, нульорган 24, блок 25 управления и блок 26 квантования и кодирования временного интервала.

Устройство работает следующим образом. .

В исходном состоянии четырехканальный коммутатор закрыт, а второй триггер 23 удерживает открытым второй электронный ключ 21, вследствие чего конденсатор 20 разряжен до нулевого уровня До начала измерения первый триггер 22 находится в нулевом состоянии, при этом его выходные сигналы открывают первый электронный ключ 19 и устанавливают коэффициент преобразования первого 15 и второго 16 преобразователей напряжение-ток равными между собой. Импульсом запуска устройства 25 управления открываются первые два канала четырехканального коммутатора 4, запускается импульсный генератор 7, второй триггер 23 устанавливается в единичное состояние и второй электронный ключ 21 закрывается. Импульсный генератор

7формирует импульс заданной длительности и частоты, который подаетс через усилители 5 и б мощности и первые два канала четырехканального коммутатора 4 на акустические преобразователи 2 и 3. Акустические преобразователи 2 и 3, расположенные в одной вершине многоугольника, излучают два акустические импульса в противоположных направлениях вдоль его сто- рон. Излученные сигналы проходят последовательно все его стороны и возвращаются к акустическим преобразователям 2 и 3, отразившись от отражателей, расположенных в остальных вершинах.

После окончания импульса излучени устройство 25 управления закрывает первые два канала четырехканального коммутатора 4 и открывает два его другие канала. Отраженные сигналы принимаются акустическими преобразователями 2, 3 и через два канала кo /Iмyтaтopa 4 подаются на усилители

8и 9, а затем на амплитудные детекторы 10 и 11. Для каждого момента времени выходные сигналы амплитудных детекторов 10 и 11, состоящие из . полезных сигналов U(t) и U2(t) и аддитивных помех (t) и L(t) подаются на нормализаторы 12 и 13 уровня Нормализованный сигнал ) подает- ся на блок 14 задержки, выходной сигнал которюго определяется как

45 и(Л)Цг()П2(где С - время задержки сигнала.

Сигналы U2(t) и и/ {1-Сз) поступают на преобразователи - напряжениеток 15 и 16, выходные сигналы которых равны

:i,,t4,() ) )1,

где к 2 коэффициенты передачи преобразователей напряжение-ток 15 и 16. Суммарный ток ly, (t) + {(,) заряжает конденсатор 20 до напряжения UK, .

При К К, К значение и имеет вид

Th

65 ,Ci))ai г,() о

где Т - .время интегрирования,

С - постоянная.

Сигнал с выхода первого нормализатора 12 уровня поступает на формирователь 17. Когда входное напряжение достигает наперед заданного уровня, на выходе-формирователя 17 возникает рабочий перепад напряжения, .который подается на одновибратор 18 Через .некоторый промежуток времени, который определяетсямоментом равенства нормируемых напряясений, на выходе одновибратора 18 появляется перепад напряжения, который опрокидывает первый триггер 22. Сигнал с нулевого выхода первого триггера 22 закрывает первый электронный ключ 19, а сигнал с единичного выхода подается на вход блока квантования и кодирования временного интервала, опрокидывает второй триггер 23 и устанавливает коэффициент преобразования преобразователя напряжение Kn TH U,(-fc)-u.,(-t-%)i l,(i)-ta(-)c i-K3f tzCfc gt

ВЫХ

При отсутствии помех среднее значение вихревого компонента скорости потока определяется следующей зависимостью

-- ,Ct)-U2(t-t3)

агот„у ;1

и(.±}

где К - коэффициент пропорциональное

ти.

Влияние помех сводится к появ лению абсолютной погрешности , которая равна

F,

,

-% к Knj 1, (±Пг ()dt-Kэ g

uv-ot,

ИPI / J л

)

с увеличением времени интегрирования погрешность, обусловленная помехой, существенно уменьшается.

Предложенное устройство повышает помехозащищенность и точность измерения компонентов вихря вследствие выполнения операции интегрирования случайных помех. Для получения максимальной точности интервал интегрирования необходимо выбирать равным максимально возможной длительности излученного сигнала для данного кон(тура.

Формула изобретения

Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, содержащее импульсный генератор, выход которого через последовательно со- . единенные усилители мощности и коммутатор присоединен к двум акустическим преобразователям, расположенным в одной вершине многоугольника, в

ток 16 равным Kg. Сигнал с нулевого выхода второго триггера 23 открывает второй электронный ключ 21. Так как. В , этот момент к интегрирующему конденсатору 20 подключен источник тока с l,j(t), то напряжение на конденсаторе 20 начинает убывать. В момент времени, когда оно достигает нулевого значения, срабатывает нуль-орган 24, который опрокидывает первый триггер

22. Сигнал с нулевого выхода первого

o

триггера 22 открывает первый ключ 19, а сигнал с единичного выхода первого триггера 23 опрокидывает второй триггер 23 и устанавливает равными коэффициенты преобразования преобразователей напряже 1ие-ток 15 и 16. Сигнал с нулевого выхода второго триггера 23 закрывает второй ключ 21. На выходе блока 26 крантования и кодирования появляется результат измерения - длительность временного интервала

1Таы-ц

К.иЛ)

за

остальных вершинах которого расположены отражатели, приемные усилители, соединенные через коммутатор с акустическими преобразователями, и блок 30 управления, подключенный к управляющим входам коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и точности измерения, в него введены перэс вый и второй амплитудные детекторы, первый и второй нормализаторы уровня сигналов, блок задержки, первый и второй преобразователи .напряжениеток, формирователь, одновибратор, первый и второй триггер, интегрирующий конденсатор, нуль-орган, первый и второй электронные ключи и блок квантования и кодирования временного интервала, причем к выходам первого и второго приемных усилителей присоединены, соответственно, входы первого и второго амплитудных детекторов, к выходу первого амплитудного детектора через первый нормализатор уровня подсоединен вход первого 0 преобразователя напряжение-ток, а к выходу второго амплитудного детектора через последовательно соединенные второй нормализатор уровня и блок задержки - вход второго преобразователя напряжение-ток, выход

5 второго преобразователя напряжениеток непосредственно, а выход первого преобразователя напряжение-ток через первый электронный ключ соеди-нены с первой обкладкой интегрирующего конденсатора и входом нуль-ор гана, вторая обкладка интегрирукицего конденсатора и вход второго электронного ключа соединены с общей шиной, выход нуль-органа соединен с 5 нулевым входом первого триггера.

единичный вход которого через последовательно соединенные одновибратор и формирователь соединен с выходом первого нормализатора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу первого электронного ключа, а единичный выход - ко входу блока квантования и кодирования временного интервала, управлянвдему входу второго преобразователя напряжениетток и к нулевому входу второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом устройства управления, а нулевой выход - с управляющим входом второго электронного ключа.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №438933, кл. 5 01 Р 5/00, 1974.

2.Rossby Т. An oceanic vorticity meter. - Journal Marine Researche, 1975. 2, V. 33, p. 213.