Ультразвуковое устройство для автоматического измерения скорости потока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских.Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свиЛ-ву9546818 (22) Заявлено 28.06.76 (21) 2376943/18-10 с присоединением заявки но— (51) М. Кл.

Яр 01 P 5/00 (23) Приоритет

Гооиаротооккыб коватат оооота Мкккотроо CCCP оо.делов коабротоакб а открнткб (43) Опубликовано 150478.Бюллетень йо 14 (53) У,ДК 534.232 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 290378 (72) вторы изобретения

В.Л. Борцов н В.К. Хамидулин (7l) ЗаяВИтЕЛЬ Ленинградский институт авиационного нриборОстроения (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к области технической акустики и может найти применение для контроля скорости потока жидкости или rasa.

Известно ультразвуковое устройство для автоматического измерения скорости потока жидкостей или газов по авт.св. в 546818, содержащее измерительный акустический преобразователь, генератор, интегратор, коммутатор, ре- 30 гистрирующий прибор и два идентичных канала измерения по потоку и против потока, состоящих.нз модулятора, фаэометра, реле (1).

Выход интегратора соединен с вхо- !5 дом перестройки частоты генератора, выход которого соединен с измерительным входом регистрируихцего прибора и с входами модуляторов и фазометров.

В каждом канале измерения выход моду- 20 лятора соединен с соответствующим дат» чиком иэмерительно-акустического преобразователя и со вторым входом фазометра другого измерительного канала.

В каждом канале измерения выход фаэометра соединен с реле.

Выходы обоих реле соединены с входами коммутатора,.первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам модулятора и фазометра каждого измерительного канала. Первый и второй выходы коммутатора также соединены с двумя входами интегратора. Третий выход коммутатора подключен к управляющему входу регистрирующего прибора.

Однако зто устройство имеет недостаточные точность и быстродействие.

Пониженная точность обусловлена нестабильностью порога срабатывания реле и изменением частоты генератора при ее измерении, так как измерение частоты генератора, характеризующей скорость потока, происходит в процессе перестройки генератора пилообразным напряжением интегратора.

Быстродействие устройства определяется скоростью перестройки частоты генератора, которая ограничена точностью измерения скорости потока.

Цепью иэобретения является повышение точности и быстродействия ультразвукового устройства для автоматического измерения скорости потока.

Зто достигается.тем, что в предлагаемое устройство введены одновнбра.тор, вход которого соединен с третьим выходом коммутатора, две схемы И, первые входы которых подключены к управляющим входам фазометров, а вторые вхо602866

Выход фазометров 5, б соединен с реле 7, 8 и с первым входом сумма- 40 тора 13, 14. Выходы реле 7 и реле 8 соединены с входами коммутатора 9, первый выход которого подключен к управляющим входам модулятора 3, фазометра 5 и схемы И 15 одноГЬ канала, 45 а второй — к управляющим входам модулятора 4, фазометра б и схемы И 16 другого.

Первый (второй) выход коммутатора 9 подключен через последовательно 60 соединенные схему И и сумматор 13, 14 к соответствующему входу интегратора 11. Третий выход коммутатора 9 подключен к управляющему входу регистрирующего прибора 10 и к одновибратору 12. Выход одновибратора 12 подключен к вторым входам схем И 15, 16.

Устройство работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии включен канал измерения по потоку. При этом выходной сигнал U+, (Фиг. 3 д) положительной полярности с коммутато- . ра 9 открывает модулятор 3 и фазометр 5. Напряжение на выходе одновибратора 12 в исходном состоянии имевМ положительную полярность, 6S

Ъ цы объединены и подключены к выходу одновибратора, два сумматора, первые входы которых подключены к выходам

Фаэометров, вторые — к выходам соответствующих схем И, а выходы сумматоров подключены к входам интеграторов.

На фиг 1 представлена блок-схема описываемого устройства; на. Фиг. 2амплитудо-частотная характеристика,. где кривая I соответствует измеренйю против потока, а кривая П вЂ” по потоку — расстояния между датчиками1 на фиг. 3 — зпюры напряжений, поясняющие. работу устройства.

Устройство содержит измерительный акустический преобразователь 1 с двумя датчиками Пl и П2у генератор 2, модуляторы 3, 4у фазометры 5, бу реле 7, 8; коммутатор 9> регистрйрующий прибор 10, интегратор 11, одновибра" тор 12, сумматоры 13, 14, схемы И 15, 16.

Каждый из каналов измерения состоит из модулятора 3; 4, фазометра 5, б, реле .7, 8, сумматора 13, 14, схемы И

15 16. И

Выход интегратора 11 соединен с входом перестройки частоты генератора 2. Выход генератора 2 соединен с измерительным входом регистрирующего прибора 10 и с входами модуля- 30 торов 3, 4 и фазометров 5, б.

В каждом канале выход модуляторов 3, 4 соединен с соответствующим датчиком Пl, П2; иэмерительно-акустического преобразователя 1 и со вто- 35 рым входом фаэометра 5, б другого канала. (Фиг. 3 a) . Этот сигнал подается одновременно на обе cxew И 15, 16 и открывает их.

При этом напряжение 0„: проходит. через схему И 15 на сумматор 13. Сигнал на выходе сумматора 13 равен алгебраической сумме выходнйх напряжений U

Фазометра 5 и 0» коммутатора 9.

Для обеспечения работоспособности устройства необходимо, чтобы выпол нялось следующее неравенством

"»> 1 э ..1 где0@ — максимальное напряжение на выходе. Фазометра 5, б (фиг. 2).

Выходное напряжение сумматора 13 подается на первый вход интегратора 11 °

При выполнении указанного неравенства на выходе интегратора 11 Формируется монотонно-спадающее напряжение (фиг. 3 е), которое, воздействуя на вход перестройки частоты генератора 2, плавно уменьшает его частоту.

При изменении частоты генератора 2 от значения f„ до f . выходное найряжение фазометра 5 <примет нулевое значение К раз, где К вЂ” целое число (фнг. 2, кривая И ) .

Реле 7 формирует короткие прямоугольные импульсы (фиг. 2), приблизительно соответствующие нулевым значениям выходного напряжения фаэометра 5. Эти импульсы поступают на коммутатор 9, который открывает регистрирующий прибор 10 для измерения частоты генератора 2 в моменты времени, соответствующие первому и К-му импульсам на выходе реле 7.

Причем частота j генератора 2, соответствующая первому импульсу, увеличивает показания регистрирующего прибора 10, а К-ому — уменьшает ° На выходе регистрирующего прибора 10 Фиксируется разность частот f» и которая пропорциональна скорости распространения ультразвука С от одного датчика Пl к другому 823 с-с,+ч, где Со- скорость ультразвука в среде1

V — скорость потока.

Сигналы коммутатора 9 одновременно запускают регистрирующий прибор 10 и одновибратор 12, которые формируют отрицательные импульсы напряжения Уцв длительностью t равной времени измерения частоты регистрирующим прибором 10 (фиг. 3 в) .

Эти импульсы подаются на обе схемы И 15, 16 и закрывают их на время T, При этом выходное напряжение U коммутатора 9 не поступает на сумматоры 13 и 14.

Выходное напряжение фаэометра, равное в начальный момент времени порогу

602866 срабатывания реле ь((Р поступает на вход интегратора 11 через состветствующиЯ сумматор. Под действием этого сигнала интегратор 11 подстраивает часто ту . генератора 2 на величину b$ 5 (фнг. 2). Таким образом, компенсируется ошибка Ь5, обусловленная порогом срабатывания реле U>

В течение времени t на вход интегратора 11 поступает выходной сигнал lp фазометра И,э, близкий к нулю. ПоэтоМу выходное напряжение интегратора ll сохраняет постоянное значение на время каждый раз после действия первого и К-го импульсов реле 7, 8 (фиг. 3) .15

Следовательно, эа время измерения регистрирующим прибором 10 частота генератора 2 ие изменяет своего значения, что повьааает .точность определе" ния скорости потока. и

Через время С после воздействия к-го импульса с выхода реле 7 коммутатор 9 открывает модулятор 4 и фазометр б, т.е. подключается канал измерения аротив потока. При этом выходное напряаение с коммутатора 9 Ц (фиг. 3 r)" нщается через схему И lб и сумматор 14 на другой вход интегратора 11. На его выходе формируется монотонно-возрастазщее напряжение, которое плавно увеличивает частоту генератора 2. На выходе реле 8 (фиг. 3 a) возникают импульсы соответствующие нулевым значениям выходного сигнала Фазометра б.

Регистрирукщий прибор 10 измеряет частоту f, и ф„ (фиг. 2, кривая 1) 35 генератора. Частота f óâåëè÷èýàåò показания регистрирующего прибора, а частота уменьшает. При этом на выК ходе регистрирующего прибора 10 фиксируется разность скоростей ультразвука по потоку и против потока. т.е. измеряемая скорость потока V

Коммутатор 9 через время C после воздействия К-го импульса с выхода реле 8 подключает канал измерения по потоку, т.е. открывает модулятор 3, фазометр 5 н схему И 15.

Устройство возвращается в исходное состояние,и цикл измерения вновь повторяется.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для автоматического измерения скорости потока по авт.св. В 546818, о т л н ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения н быстродействия, устройство снабжено одновибратором, вход которого соединен с третьим выходом коммутатора, двумя схемами И, первые входы которых подключены к управляющим входам фаэометров, а вторые входы объединены и подключены к выходу одновибратора, двумя сумматорами, первые входы которых подключены к выходам фазометров, а вторые — к выходам соответствующих схем И, .выходы сумматоров подключены к входам интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 546818, кл. G. 01 P 5/00, 24,03,1976, 602866

Рб и р

У

Фиг. J

Составитель Н. Фомичев

Ь

Редактор С; .Хейфиц Техреда. латырев КорректорН.Ковалева

Эакав М41/41 Тираж 1112 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4