Ультразвуковой частотный способ измерения расхода

 

Изобретение относится к контрольной и измерительной технике, в частности к ультразвуковой расходометрии. Оно может быть использовано на предприятиях нефтяной, химической, нефтеперерабатывающей, гидрометаллургической и других отраслях промышленности для увеличения тоиности количественного учета жидких и газоооразных сред. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устранения геометрической и акустической асимметрий. В электроакустическом контуре работающего ультразвукового одноканального расходомера организуют два дополнительных режима автоциркуляцли при излучении одним преобразователем и приемом отраженного сигналят от второго преобразователя и излучении вторым пре эбразов т лем и «риотраженного сигнала от первого преобразователям определяют разность частот еинхрс ,.:хгец Далее геометрическую асйм- 1мегрию устраняют взаимной регул о направления геометрического хода ультразвуковых луче or первого м второго гресб- i разовзтэлей до минимального % разности частот автэ иркуляг ии, а оатем подбором задержек ,ячекгр.. смгнйлов в элeктpo нoй схеме ра .юдомвтра добивзютсг. равенства нулю разности чгстот дополнительных автоцмркуляцмонных смнхроколец. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s<>s G 01 F 1/66

ГОС"ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г

1

I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4747962/10 (22) 09.10.89 (46). 15.07;92; Бюл. М 26 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н.

Севченко (72) И.А. Чернобай (53) 681,121(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 920397, кл. G 01 Н 5/00, 1980, .

Авторское свидетельство СССР

М 1556281, кл. G 01 F 1/66, 1988. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТНЫЙ СГ1ОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА (57) Изобретение относится к контрольной и измерительной технике, в частности к ультразвуковой расходометрии. Оно может быть использовано на предприятиях нефтяной, химической, нефтеперерабатывающей, гидрометаллургической и других отраслях промымленностио для увеличения точности количественного учета жидких и гаэооооразИзобретение относится к контрольной и измерительной технике, в частности к ультразвуковой расходометрйи, а также к льт развуковйм "риборам контроля ачества, имеюгдймо двухсторонний доступ к контролируемой среде, Оно:может бить испол ьзовано в нефтяной, химической„нефтеперерабатывающей, гидрометаллургичеСкой и других отрасрлях промйаленности для увеличения точности количестванйого. ччета различных жидких и газообразных сред.

Цель изобретения — увеличен"ге очности измерения эа счет устранения акустической и геометрической асимметрии.

„„5U„„ 1747912 А1

2 ных сред. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет устранейия геометрической и акустической асимметрий.

В злектроакустическом контуре работающего ультразвукового одноканального расходомера организуют два дополнительных режима автоцирокуляцлй при излучении одним преобразователоеи и приемом отраженного сигнала от второо о преобразователя и излучении втог йм- пре эбразовФТ".лем и приемом отражениого сигнала от первого преобразователя.и Oпред«ляют p83HocTb частот синхрокзлец. Ца гев геометрическую асим мет рииэ устраняют взаимн6й регул ирою:.эй направления гепметрйческого хода ультразвуковых лучей от первого и второ; греобраэователей до рлРнимальчого знач : "я разно ти частот авто:.циркуляции, а .,атем подбором - 3+Bp 8! ;), эи .,"ес ;нх сигналов в электроР иОЙ сх«ме ра.".: одо1летра добива отся раве нства нулю разност л частот дополнительных автоцйркуляцконных синхро,колец, 1 ил. !

%0

Физическая сущность способа эаключа- 1 ется в следующем, Я

Еа ертеже изогражеиа структурная сир а роскороиоро; - "р, . Рааходомер содержит приемоиэлучающие преобразователи 1 и 2 ультразвука, расположенные на учстке трубопровода 3 и подклачениые через соединительнь;е кабели 4 и 5 ко вторичному прибору 6, связанному:с чаоототтотьмером I, Время распространения ультразвукового сигнала по потоку среди Т> и против по.ока среды Т2 определяются из выражений

Т = — — — — — - +Лг- +C+V созо 2

1747912

С вЂ” Ч соза 2

2 . 2, +М c ta . соза

F1 =. Т1 L+ñ

12) F2 = с — V cosa

Т12 С +Ч,=+ (3) K(c-V. соза), Ч +с Лг где L — акустическая база, С вЂ” скорость распространения ультразвука в среде, V — скорость потока среды; а — угол между вектором потока и направлением распрост. ранения ультразвука; Лт," -суммарное время задержки сигнала в пьезопреобраэователях, защитных мембранах, соедини1 тельных кабелях и электронной схеме при1 бора; — t> — половинная величина ( асимметрий, входящая в каждое иэ направлений измерения, которая свойственна преобразователям 1 и 2 в равной мере, Для ультразвукового частотного одноканапьного расходомера частоты F1 и F2 автоциркуляции сигналов определяются из выражений:

| с +и cosa

AT-+Н с - Лт +-Ю с

2. (т2 L+c ЛТ; -V сава Лт.--1o e, 2

1где F1 — частота автоциркуляции по потоку;

F2 — против потока.

f3 современных частотных одноканальных расходомерах осуществляется синтез частот 11 и 12, обратно пропорциональных временй распроСтранения ультразвуковых сигналов по потоку среды и против потока, на К-ых гармонических составляющих, т.е, при умножении основных автоцйркуляци .онных частот F1 и F2 в К-раэ. Поэтому для этих расходомеров выражения (2) путем разложения в ряд Тейлора и учетом двух членов преобразуются к виду (" 2(Т.;- с, . Xr 1) а раэностная частота определяется из выражения

М-2К У соз -К с2 (L+CA )2 . 1 2 1- 2

5 (4)

При этом скорость потока определяется по формуле

Это выражение показывает, что за счет асимметрии ta вОэникает нелинейная взаимосвязь между скоростью потОка V и основ15 ной разностной частотой Af расходомера, которая создает систематическую погреш.ность. Погрешности асимметрии можно считать скомпенсированными, если 18 О, или если t> может быть соответствующим обра20 эом учтена.

Способ реализуют в расходомере следующим образом, Со стороны одного из преобразователей организуется режим автоциркуляции

25 путем излучения, приема и регистрации отраженного от второго преобразователя ультразвукового сигнала. Затем организуется аналогичный режим автоциркуляции со стороны второго преобразователя. Время расЭО пространения ультразвукового сигнала со стороны первого преобразователя равно .

+ .Ч вЂ” + Л T--+ — tà

1 . 1

С вЂ” Ч cosa . 2

Со стороны второго преобразователя

L. Т21 .= —,— — + с — V casa

+ — — +hi — — т, 1 . 1

45 с+Ч соза 1 2

С учетом того, что — а C, >) — t> V

1 2 1 2

icos аис фЧ cos а, К-тыечастоты автоцир2 2 ° 2 2 куляции, обратно пропорциональные временам распространения ультразвуковых сигналов в первом и втором режимах автоциркуляции, определяются из выражений т12 =

К

Т12

V2 „. 1

2L+ AT с-ЛT — соз 2а+-t c с 2

1747912 т21 =

Т21

К с

2L+At С At соз а tà С

V 2 1 С 2

Разложив эти выражения в ряд Тейлора относительно члена-сомножителя и ограйичившись одним членом ряда, формулы для частот f12 и f21 получают вид

K С т12

21 + Ьt с — At — cos а

V2 2 с

V ==Af

2 К. соза

Р

2 (2 L+At С вЂ” Л г — cos а) 20

25.т21 =

2 L+ Лт С вЂ” Лт — cos а

\/

2 (2 L +At Ñ вЂ” At — cos а) С рения расхода заключающийся в организаИз этого выражения определяется вели- ции двух автоциркуляционных синхроколец между первым и вторым преобразователями по потоку среды и против потока среды. чина асимметрии

tà к A т21 — 12 - выделении разности частот автоциркуляции т12 т21 40 как величины, кратно пропорциональной

При равенстве нулю разности частот авскорости потока среды и расхода, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения тоциркуляции первого и второго режимов точности измерений за счет устранения акустической и геометрической асимметрИи, организуют два дополнительных калибровочных автоцйркуля ционных синхрокольца при излучении со стороны первого преобразователя и приеме отраженного сигнала от второго преобразователя и излучении со стороны второго преобразователя и приеме отраженного сигнала от первого и реобра:-остот автоциркуляций, затем.осуществляется взаимная регулировка направления геомет- вателя, а геометрическую и акустическую рического хода ультразвуковых лучей путем асимметрию устраняют взаимной регулиповорота преобразователей до получения ровкой направления геометрического хода ультразвуковых лучей, а электрическую— ты автоциркуляции, Затем устраняется подбором задержек электрических сигнаэлектрическая асимметрия подбором за- лов в электронной с еме расходомера до полного равен<.тва автоциркуляционных чадержек электрических сигналов в электронстот двух дополнительных калибровочных ной схеме расходомера до равенства акулю синхроколец.

15 а разность этих частот с большой степенью 30 точности будет равна д та г12 т21

21 — 12 калибровки величина асимметрии будет также равна нулю.. 45

Поэтому согласно способу после организ ции двух калибровочных режимов автоциркуляции со стороны первого и второго преобразователей измеряется разность ча- 50 минимального значения разностной часто- 55 разностной частоты двух калибровочных режимов автоциркуляции, В этом случае выражение для скорости потока значительно упрощается и в нем устраняется нелинейная взаимосвязь между скоростью потока, а значит и расхода, и основной разнэстной частотой расходомера.

Для современных быстродействующих частотных ультразвуковых расходомеров характерны малые величины дополнительных задержек Лт» сигналов в электронной схеме, поэтому окончательно выражение для скорости потока принимает вид

Таким образом, организация двух калибровочных режимов автоциркуляции и измерение разности взличин их частот, а также устранение геометрической и электрической асимметрии и взаимной регулировкой направления геометрическОго хода ультразвуковых лучей и подбором задержек электрических сигналс в в электронной схеме расходомер» до равенства нулю разностной частоты двух калибровочных режимов. автоциркуляции позволяет устранить гео метрическую и электрическую асимметрию и увеличить точность измерения скорости и расхода потока, Формула изобретения

Ультразвуковой частотный способ изме1747912

Составитель М;Абросимов

Техред М.Мор гентал . Корректор Щ, Щарощи /

Редактор А.Долинич

Производственно-йздательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 (!

Заказ 2494 Тираж . Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям йри ГКНТ СССР

1,3035, Москва, Ж-35; Рэушская наб., 4/5