Измеритель скорости потока Советский патент 1982 года по МПК G01P5/24 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА

Устройство относится к ультразвуковой технике и может быть использовано, в частности, для контроля и измерения скорости потока текущих сред, а также скорости движения тел в указанных средах

Известен одноканальный измеритель скорости потока, основанный на фазовом методе, содержащий последовательно включенные генератор, излучанвдий и приемный злектроакустические преобразователи, фазометр, второй вход которого через фазовращатель подключен к выходу генератора. Принцип действия данного измерителя основан на- измерении разности фаз излученных колебаний и колебаний, прошедших под углом, отличным от 90, к вектору скорости потока текущей среды (известное расстояние от электроакустического излучающего преобразователя к приемному) ij.

Недостатком данного устройства является большая погрешность измерений. Это обусловлено тем, что регистрируемая разность фаз сигналов зависит не только от скорости движения потока, но и от температурных и концентрационных изменений скосости. ультразвука.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее два электроакустических канала, каждый из которых .состоит из излучающего и приемного . электроакустических преобразователей, генератор, фазовращатель и фазометр 2}.

Изменения фаз сигналов на прием10ных преобразователях, вызванные скоростью потока, получаются близкими по модулю и ПРОТИВОПОЛОЖНЫМИ по знаку. В то же время изменения фаз, возникающие за счет температурных

15 или концентрационных изменений скорости ультразвука в среде-, получаются равными по знаку и близкими по модулю. В этой связи в -устройстве достигается усиление зависимости

20 разности фаз сигналов (а следовательно, и напряжения на выходе фазометра) на приемных преобразователях от величины скорости потока и ослабление зависимости от температурных

25 и концентрационных изменений скорости ультразвука. Однако сильно ослабить влияние температурных и концентрационных изменений скорости ультразвука в известном устройстве не удается

30 из-за ограниченных возможностей выравнивания средних значений волновых длин хода лучей в каналах путем механического изменения положения электроакустических преобразователе

Обеспечить точность механических перемещений, как известно, трудно особенно при частотах ультразвуковых колебаний более 1 мГ В результате наличия больших погрешностей механической установки появляется нескомпенсированная средняя разность хода лучей в каналах, из-з которой имеется достаточно сильная зависимость выходного напряжения от температурных и концентрационных изменений скорости ультразвука,что Ьграннчивает точность устройства, особенно при его эксплуатации в средах с большим диапазоном изменений скорости ультразвука.

Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение процесса настройки устройства.

поставленная цель достигается тем, что в устройство введены второ генератор, первый и второй смесители, первый и второй низкочастотные фильтры, причем второй генератор подключен к второму излучающему электроакустическому преобразователю, входы первого смесителя подключены к выходам генератора, а его выход через первый низкочастотный фильтр и фазовращатель подключен к одному из входов фазометра, входы второго смесителя подключены к приемным электроакустическим преобразователям, а его выходчерез второй низкочастотный фильтр подключен ко второму входу фазометра.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит два генератора 1 и 2, подключенные к двум электроакустическим каналам, состоящим из излучающих 3 и 4 и приемных 5 и б электроакустических преобразователей кащдай, последовательно включенные первые смеситель 7 и низкочастотный фильтр 8 и вторые смеситель 9 и низкочастотный фильтр 10. Входы первого смесителя 7 подсоединены к излучающим 3 и 4, а входы второго смесителя 9 - к приемным 5 и б электроакустическим преобразователям. Выходы низкочастотных фильтров 8 и 10 непосредственно и через фазовращатель 11 соединены со входами фазометра 12. Выход фазометра 12 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные колебания i и A sinu; генераторов 1 и 2 поступают на излучающие электроакустические преобразователи 3 и 4 и на входы первого смесителя 7. Возбужденные излучающими преобразователями 3 и 4.ультразвуковые волны проходят через исследуемую среду и попадают на приемные электроакустические преобразователи 5 и б, которые преобразуют их в электрические колебания

-) +

Vo

Vie Va

Jfcaj-e,

(1 +

чающими и приемными электроакустическими преобразователями в певом и во втором каналах ;

.Vp - среднее значение скорости распространения ультразвука в среде;

/ -составляющая скорости ультразвука, обуслов. ленная температурными

и концентрационными изменениями среды; V - скорость потока среды;

( - угол между вектором скрости потока и ультразвуковыми лучами в каналах;А, AJ - амплитуды колебайий.

От приемных электроакустических преобразователей сигналы поступают во второй смеситель 9. Продуктом перемножения сигналов в смесителе 9 являются колебания с частотой и фазой, равными разности частот и фаз входных колебаний, а также колебания с частотой и фазой, равными сумме частот и фаз входных колебаний. Однако через второй низкочастотный фильтр 10 проходят на вход фазометра 12 только колебания разностной частоты и фазы

0, ni -a.a.)t , Vk

)(1

Vo

Ha второй вход фазометра 12, пройда первый низкочастотный фильтр,8 и фазовращатель 11 (служащий для начальной установки нуля фазометра), поступают колебания разностной частоты и фазы с выхода первого смесителя 7 ,,

и 0,5A..A,sinr(ie - )t. V

На выходе фазометра возникает напряжение, пропорциональное разности фаз сигналов на его входах

Vcosoi

( +U/2 L) +

(Иг LZ

V, -vr

составляющая этого напряжеезный сигнал)

V со Sg

-(ЧЦ

+ u.4) V

2t2Vcosoiu LVp

прямо пропорциональна скорости потока, вторая

оказывается равной отношению относительных погрешностей выравнивания расстояний между излучающими и приемными электроакустическими преобразователями в каналах д1- L и относительных погрешностей 2ла-и/- ; установки частоты .генерато ров.

Устройство позволяет существенно

10 повысить точность измерения скорости потока.

Формула изобретения.

15

0 о

влияние изменений скорости ультразвука на результаты измерений может быть сделано сколь угодно малым, а следовательно, обеспечивается и повышенная точность измерений.

Для доказательства находим величину выигрыша по точности измерений.

Относительная погрешность сГ измёрений скорости потока при помощи известного устройства равна

УХ

(f- &L Vc L 2Vcos 6

Относительная погрешность о мерений при помощи предлагаеморойства равна

,. ДО УК ° W Vcosci

Величина выигрыша по точносмерений, определяемая как

uL

сГ i:

В

-77-

2 О

Измеритель скорости потока, содержащий два электроакустических канала, каждый из которых состоит из излучающего и приемного электроакустических преобразователей, генератор, выход .которого подключен.к одному из излучающих электроакустических преобразователей, фазовращатель и фазометр, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения процесса настройки, в него введены второй генератор, первый и второй смесите-ли и первый и второй низкочастотные фильтры, причем второй генератор подключен к второму излучающему электруоакустическому преобразователю, входы первого смесителя подключены к выходам генераторов, а его выход

через первый низкочастотный фильтр и фазовращатель подключен к одному из входов фазометра, входы второго .смесителя подключены к приемным электроакустическим преобразователям, а его выход через второй низкочастотный фильтр подключен к второму входу фазомет ра.

45 Источники информации,

приняпле во внимание при экспертизе

Н.И. ультразвуковая Энергия, 1968,

свидетельство СССР

01 Р 5/00,1955 (про