Устройство для градуировки импульсного ультразвукового измерителя скорости потока Советский патент 1981 года по МПК G01F25/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ИМПУЛЬСНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ СКОРОСТИ ПОТОКА Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения метрологических характеристик импульсных ультразвуковых измерителей скорости потока и расходомеров. Известно устройство для градуиров ки и определения динамических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока, состоящее из формирователя эталонного потока и механического модулятора скорости потока выполненного в виде дискапрерывателя J, Это устройство формирует непрерывные синусоидальные колебания скорости зталонного потока однако максимальная частота колебаний ограничена.: из-за инерции механического модулятора скорости потока. Это KCK лючает возможность использования известного устройства для опрёделения переходной динамической характеристики быстродействующих ультразвуковых измерителей скорости потока. Известно также устройство для определения динамических характеристик расходомеров, содержащее формирователь импульсного эталонного потока, .выполненный в виде участка прямого трубопровода,, иаполненного рабочей жидкостью, поршни и старт-стоповый механизм. Это устройство формирует импульс скорости потока с длинными передним и задним фронтами, длительность которых определяется инерцией механической системы и массой рабочей жидкости L2J. Это устройство тоже не обеспечивает возможности измерения динамической переходной характеристики бы стродействующих ультразвуковых иэме-. рителей скорости потока Наиболее близким по технической к описываемому является ультразвуковой измеритель скорости |1отока, содержащий формирователь эта. лонного потока рабочей жидкости, два акустических преобразователя и измеритель временньпс интервалов, первый вход которого подключен к одному электроакустическому преобразователю з J Недостатком известного устройства является невозможность измерения переходной динамической характеристики ультразвукового измерителя скорости потока, а также сложность процесса градуировки. Целью предлагаемого устройства яв ляется упрощение процесса градуировки за счет формирования одного эталонного потока, а также обеспечение возможности измерения переходной динамической характеристики испытуемого измерителя при сжимаемой рабочей жидкости и увеличения точности граду ровки. Поставленная цель достигается тем что в устройство введены дополнитель ный электроакустический преобразователь, переключатель и блок управления, причем второй и дополнительный электроакустические преобразователи подключены к первому и второглу входа переключателя, его выход подключен к второму входу измерителя временных интервалов, выход которого через блок управления подключен к управляю щему входу переключателя, при этом базы между первым и вторым и между первым и дополнительным электроакуст ческими преобразователями равны и ориентированы под разными углами к направлению вектора скорости потока. На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства для градуировки импхдьсного ультразвукового измерителя скорости потока. Устройство для градуировки импуль ного ультразвукового измерителя скорости потока содержит формирователь эталонного потока 1, эталонный поток 2, В эталонном потоке 2 установлены идентичные . обратимые электроакустические преоб раэователи 3 и 4 испь1туемого измери ,ля скорости потока, содержащего, изм ригель временных интервалов 5, соединенный с регистрирунхцим прибором Преобразователи 3 и 4 установлены на базовом расстоянии d друг от дру га, причем линия базы составляет угол оСр с вектором скорости V этало ного потока 2, В устройство введен 4 ополнительный электроакустический реобразователь 7 такой же конструкии, как и преобразователи 3 и 4. Он становлен в эталонном потоке 2 и базов.ом расстоянии d от электрокустического преобразователя 3, ричем линия дополнительной базы оставляет угол о(./| С i с вектором корости V эталонного потока 2. лектроакустический преобразователь 3 соединен с первым входом измеритея временных интервалов 5, а электроакустический преобразователь 4 соеинен с вторым входом измерителя временных интервалов 5 через первый вход переключателя 8, Второй вход переключателя.8 соединен с дополнительньр электроакустическим преобразователем 7, а его вход управления через блок управления 9 соединен с выходом измерителя временных интервалов 5 испытуемого измерителя скорости потока. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии переключатель 8 установлен в режим, при котором электроакустический преобразователь 4 соединен с вторым входом измерителя временных интервалов 5, а дополнительный электроакустический преобразователь 7 отключен. При этом испытуемый измеритель, состоящий из электроакустических преобразователей 3 и 4 и измерителя временных интервалов 5, работает в два такта в режиме, например, последовательного периодического зондирования эталонного потока 2 акустическими импульсами, направляемыми в первом такте против потока 2, а во втором такте - по направлению потока 2. Алгоритм работы испытуемого измерителя выражается формулойвыходная величина испытуемого измерителя после окончания i-ro цикла измерений постоянный коэффициент; d 1время прохождения акусти г AOiC-VCOSAo ческого импульса базового расстояния d против направления потока 2 от электроакустического преобразователя 4 до преобразователя 3; С - скорость ультразвука в пото ке 2; 5OiG- VcO6ol, Р прохождения акусти ческого импульса по направлению потока 2 от электроакустических преобразователя 3 до преобразователя 4. Согласно выражению (1) при отсутс вии . погрешностей испытуемого измернтеля V, т.е. испытуемый измеритель работает в стационарном режиме градуировки. При этом выходной региг стрирующий прибор 6 после скончания каждого i-ro цикла, состоящего из двух тактов работы испытуемого измерителя скорости, регистрирует i-ую величину N0. Таким образом, регистрируется временная зависимость (5 по которой определяются метрологические характеристики испытуемого измерителя в стационарном режиме. Для измерения переходной динамической характеристики испытуемого измерителя в момент времени t, пос- кj1 ле окончания К-го цикла работы испытуемого измерителя, одновременно с излучением акустического импульса преобразователем 3, импульсом, поступающим с выхода блока управления 9, переключатель 8 переводится в состояние, при котором с вторым входом измерителя временных интервалов 5 соединен дополнительный электроакусти ческий преобразователь 7. При этом в первом такте Ц-го импульса работы испытуемого измерителя акустический импульс, прошедший в направлении пото ка базовое расстояние d от электроакустического преобразователя 3 до дополнительного электроакустического преобразователя 7, принимается последним и в измерителе временных интервалов 5 регистрируется время После этого, во вто 6U , ром также 1 -го цикла, излучение акустического импульса против направлення потока 2 осуществляется электро акустическим преобразователем 7. После окончания второго такта К -го дикла в измерителе временных интервалов . 55 5 регистрируется время , А1К C-VCO5 A. Согласно алгоритму (,1) в .цикле выходная величина испытуемого измернтеля при отсутствии динамической погрешности должна равняться f-L- , V N SK u.г: } -к V. 1К о AIK/ где KI в последующих циклах устройство работает как и в K-OM цикле. Согласно выражению (2) подключение в момент t с помощью переключателя 8 дополнительного электроакустического преобразователя 7 к измерителю временных интервалов 5 эквивалентно скачкообразному измененик) скорости эталонного потока на,величи- ну iv-vK-v-v(g-;-i) причем длительность фронта эквивалентного скачка ЛУ скорости равна времени переключения переключателя 8, т.е. для электронного переключателя 8 имеет порядок 10 не и менее. Переходная динамическая характеристика и динамическая погрешность испытуемого .измерителя определяется по временной зависимости ) регистрируемой прибором 6, начиная с момента t.. 1 Следовательно, предложенное устройство обеспечивает возможность измерения переходной динамической характеристики испытуемого импульсного ультразвукового измерителя скорости потока без использования нестационарных эталонных потоков с переменной или пульсирующей скоростью. Предложенное устройство работоспособно при любой физической природе абочей жидкости эталонного потока 2, том числе при сжимаемой рабочей идкости. Формируемое им эквивалентое ступенчатое входное воздействие V(i)--|v+u4,t t из« ителя близко к идеальному, так как ,ронт ступенчатой функции имеет поря ю не и менее, а высота ступени известна с высокой точностью опеделения постоянной скорости V эта- онного потока 2 и двух постоянных углов сСдИ оС.. Это достигнуто тем, что S процессе формирования функции V(t) эталонный поток 2 не возмущается. Таким образом, точность дннамн