Ультразвуковой расходомер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическнх

Республик

«»1 000763 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено ОЯ01.81 (21) 3234373/18-10. с присоединением эаявкк №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 280283 Бюллетень ¹8 (И)М Кл з

G 01 F 1/66

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 681.121. .8 (088.8) Дата опубликования описания 250283

В.A. Чернышев, А.Г. Годнев, В.С. Дворн fob и В.С. Курулев

t (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при измерении расхода.

Известен одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий одноканальный акустический преобразователь расхода с двумя приемоизлучаю- щими головками, два ключа, схему логики, задающий генератор, два смесителя, перестраиваемый фазовый компенсатор (1 .

Наиболее близКим к предлагаемому является устройство, реализующее способ измерения расхода, которое содержит две приемоизлучающие .головки, установленные на отрезке трубопровода, и измерительную схему,включающую два ключа, первые входы которых подключены соответственно к первой и второй приемоизлучающим головкам, вторые входы к задающему генератору, третьи — к схеме логики, а выходы через первый и второй смесители, вторые входы которых соединены, подключены к входам нуль-детек-. тора, выход которого подключен к измерителю временных интервалов, задающий генератор и генератор вспомогательной частоты, выходы которых подключены к входам схемы логики.

Использование s качестве опорного сигнала вспомогательной частоты обеспечивает синхронизацию фаз приемных сигналов и опорного. Благодаря этому имеет место постоянство начальной фазы единичного периода 0 колебаний разностной частоты на выходе одного из смесителей.При этом остается постоянным расположение нуль-перехода этого сигнала относительно его граничных точек (общих для обоих сигналов) (2 j.

Однако известный расходомер характеризуется недостаточной точностью при измерении знакопеременных расходов. Действительно, порядок расположения на временной оси нуль-переходов единичных периодов колебаний раэностной частоты должен быть однозначно связан с направлением течения среды через преобразователь рас- хода. При изменении направления течения он меняется на противоположный. Так как в рассматриваемом расходомере положение нуль-перехода о; лого из сигналов постоянно относительно его граничных точек и для реализации максимально возможного

1000763 сдвига фаз межДу сигналами приема, равного 2 К;. этот переход располагается у одной из границ сигнала, при и.зменении направления течения среды нужный нуль-переход второго сигнала переходит через эту границу, при этом расходомер дает неверную информацию как о величине, так и о знаке. контролируемого расхода.

Бель изобретения — повышение точности при измерении расхода энакопеременных потоков..

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены третий ключ, индикатор знака и третья и четвертая приемоизлучающие головки, причем 15 входы индикатора знака подключены к выходам смесителей, управляющий вход третьего ключа подключен к схеме логики, сигнальный вход — к генератору вспомогательной частоты, 20 а выход — к третьей приемоиэлучающей головке, четвертая приемоиэлучающая головка подключена к вторым входам смесителей, при этом расстояние между первой и второй и третьей 25 и четвертой приемоизлучающими головками равны между собой.

На фиг.l показана структурная схема предлагаемого расходомера; на фиг.2 — акустический преобразователь ЗО с приемоизлучающими головками, разрез; ца фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу расходомера.

Расходомер включает (см.фиг.l) акустический преобразователь 1 расхода с четырьмя приемоизлучающими головками 2-5, три ключа 6-8, задающий генератор 9, генератор 10 вспомогательной частоты, два смесителя 11 и 12, нуль-детектор 13,измеритель 14 временных интервалов, индикатор 15 знака и схему 16 логики.

Преобразователь расхода (фиг.2) содержит корпус 17 с фланцами 18 и

19 для подстыковки к контролируемому трубопроводу. Корпус имеет четыре гнезда 20-23, в которых монтируются четыре приемоизлучающие головки 2427. Ось пары головок 24-25 расположена под углом 90С к оси корпуса 17. 50

Ось второй пары 26-27 расположена под углом с к оси корпуса 17. Расстояния: » и между головками 2425 и 26-27 равны между собой.

Расходомер работает следующим 55 образом.

Через преобразователь расхода пропускается контролируемая жидкость.

При этом формируется поток со средней скоростью V =, где Р— диа4Ц

ТСЧ) метр трубопровода, а Q — объемный расход.

На ключи 6 и 7 поступают сигналы (см.фиг.3) с задающего генератора 9

V1 Ч „51neоt (q) и управляющий — co схемы 16 логики

М1=Ч н 4 (.И), (2 ) " Р(.",), e где n = 1,2,3...К вЂ” целое число. () еСО;с 1

CiH)j г „,3 2К -о= щ ш„

Управляющий сигнал представляет собой последовательность импульсов с периодом следования, кратным периоду колебаний сигнала разностиой частоты

На сигнальный вход ключа 8 поступает сигнал с генератора вспомогательной частоты

Ч =Ч щС0 Щ- г- (4 ) а на его управляющий вход — сигнал V

На ультразвуковые головки 2 и 3

Z поступает сигнал

Ч = V)„5 Ь) всю,,g (5) на ультразвуковую головку 4 (6) 4 =Час (+,) со Щ- :

Vg--Ч 6 (Ф. — —,"„) чи (ио (Ф.— ","„) р ) головкой 2 (=Ч (t- —,„) о Ь-с"„), (g) головкой 4

ЧВ=Чщ6 (+ С )5УИф- ) (e) Электрические сигналы V и V преобразуются ультразвуковыми головками 2 — 4 в три ультразвуковых импульса. Два из них (от головок 2 и

3) движутся во взаимнопротивоположных направлениях по одному пути под углом С к потоку. При наличии течения жидкости скорость движения одного из сигналов равна C+V, а другого

С-V, где V — проекция скорости среды на направление распространения сигналов. В итоге один сигнал получает временную задержку в преобразователе расхода "„, другойТретий импульс, йэлученный голзвкой

4, движется перпендикулярно потоку, поэтому составляющая скорости среды на направление его движения равна нулю, Скорость движения этого импульса равна скорости звука в неподвижной среде С, так что он получает

Ы задержку — . Звуковые импульсы, С достигнуВ приемных головок, преобразуются в электрические сигналы: головкой 3

1000763

Приемные. сигналы поступают с головок 2 и 3 со сдвигом по времени

М 41 „ЧЛ 1Ч

i с учетом С (10)

С Ч С

С помощью смесителей 11 и 12 осуществляется преобразование несущей частоты приемных сигналов V6 и

V> -путем смещения его с опорным сигналом. Согласно изобретению в качестве опорного используется сигнал

V, набег фазы которого в акустическом преобразонателе ®pL /С равен набегу фазы сигналов Ч и V7 при отсутствии расхода. Сигналы V< и Ч на выходах смесителей 11 и 12 про- 15 порциональны низкочастотным составляющим произведений Vg Ve u V V(t., 20

Жо где М=

")о

Так как согласно (3) период повторения сигналов Vq и V<< кратен

30 периоду колебаний сигнала разностной частоты О) -0 ., то при фиксированном V положения нуль-переходов и " сигналов V и Ч с определенным знаком производной по времени постоянны относительно их граничных точек.

tI 1

Разность между t u t является мерой скорости потока (объемного расхода ) 40

ЪчМЧ (L (13)

Она в М раз больше сдвига по времени между сигналами V V что обеспечивает возможность иэмере- 45 ния весьма малых расходов.

При отсутствии расхода t — t = 0 и нуль-переходы t u t. располагаются на середине импульсов Ч„ и Ч,.

При наличии расхода (V ) О) точки д и t" согласно (11) и (12) сдвигаются относительно середины сигналов приема Ч и V íà величины — и + . Преобразователь расхоМь„Ч )и),Ч

С С .

55 да рассчитывается таким образом,,что при максимальном расходе V = Ч „.

0 Г откуда следует, что сдвиг нуль-пере- 60 ходов t и t" относительно середины сигналов приема не превышает+ д/2

Нуль-детектор 13 (обычно триггер в сочетании с усилителями-ограничителями, формирующими иэ сигналов 65

Ч9 и Ч р напряжения прямоугольной формы) срабатывает в моменты t u перехода сигналов Ч и Чцчерез нуль с одинаковыми знаками производной по времени, например отрицательными (т.е. срабатывает от задних фронтов усиленных сигналов Vg и V 0) . На выходе нуль-детектора 13 формируется временной интервал, равный модулю разности — с . При изменении знака расхода (V <0) порядок расположения точек и " на оси времени изменяется. Максимально допустимый интервал между и " составляет

I Л, что соответствует сдвигу фаз

2Я;между приемными сигналами V6 и V как в известном устройстве.

Длительность. временного интервала (t" — t /, формируемого нульдетектором 13, измеряется измерителем 14 временных интервалов. Индикатор 15 знака находится в положении 1 или 0 в зависимости от того, какой из сигналов Ч и о поступает первым по времени на его .входы, т.е. позволяет определить направление. течения среды через преобразователь расхода.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает при сохранении всех прочих характеристик известного устройства измерение знакопеременного расхода, т.е. позволяет измерять расход при произвольном направлении течения контролируемой среды через преобразователь расхода и определять направление течения.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий первую и вторую приемоизлучающие голонки, установленные на отрезке трубопровода, и измерительную схему, включающую два ключа, первые входы которых подключены соответственно к первой и второй приемоиэлучающим головкам, вторые входы — к задающему генератору, третьи - к схеме логики, а выходы через первый и второй смесители,вторые входы которых соединены, подключены к входам нуль-детектора, выход которого подключен к измерителю временных интервалов, задающий генера- . тор и генератор вспомогательной частоты, выходы которых подключены к входам схемы логики, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности при измерении расхода энакопеременных потоков, в него введен третий ключ, индикатор знака и третья и четвертая приемоизлучающие головки, причем входы индикатора знака подключены к выходам смесителей, управляющий вход третьего ключа подключен к схеме логики, сиг1000763 нальный вход — к генератору вспомогательной частоты, а выход — к третьей приемоиэлучающей головке, четвертая приемоизлучающая головка подключена к вторым входам смесителей, при этом расстояние между первой и второй и третьей и четвертой приемоизлучающими головками равны между собой °

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1.Патент США М 3935735,кл.73-194, 1976 °

2: Авторское свидетельство СССР

М 767523,кл, G 01 F 1/66, 1978 (про тотип) .

1000763

Составитель Н. Бурбело

Редактор С. Пекарь Техред М. Tenep .. КорректоР А. дзятко

Заказ 1355/39 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород,. Ул. Проектная, 4