Автоматическое ультразвуковое устройство для измерения скорости потока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских

Сш иалистических

Республик

<»> 650012 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.10.76 (21) 2433307/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень № 8 (45) Дата опубликования описания 25.04.79 (51) М.Кл.2 G 01 Р 5/00

Государственный комитет

С:С С Р ао делам изобретений и открытий (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения В. М. Кушуль, В. К. Хамидуллин и В. Л. Борцов (71) Заявитель Ленинградский институт авиационного приборостроения (54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение при автоматизации контроля и управления тех, нологическими процессами производства жидких и газообразных веществ.

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, содержащие два датчика, два идентичных измерительных канала, каждый из которых включает в себя модулятор и фазометр (1).

Однако они недостаточно точны из-за влияния нелинейностей статических характеристик фазометров.

Наиболее близкое к изобретению техническое решение — устройство, содержащее два ультразвуковых датчика, коммутатор, последовательно соединенные интегратор, генератор и регистрирующий прибор, два идентичных измерительных канала, включающих модулятор, соединенный выходом с ультразвуковым датчиком, и фазометр высокой частоты, соединенный сигнальным входом с выходом модулятора другого канала. Сигнальный выход модулятора и опорный вход фазометра высокой частоты первого канала соединены с выходом генератора, а их управляющие входы подключены к первому выходу коммутатора (2).

Однако это устройство не позволяет измерять с высокой точностью скорость пульсирующпх потоков сред с 5ыстроменяющимся составом и температурой вследствие соизмеримости периодов переключения каналов с периодом пульсации потока.

Цель изобретения — повышение точности измерения пульсирующего потока сред с быстроменяющимися составом и температурой.

Поставленная цель достигается тем, что второй измерительный канал снабжен последовательно соединенными интегратором и генератором, выход которого подключен к сигнальному входу модулятора, опорному входу фазометра высокой частоты и к вто15 рым входам коммутатора и регистрирующего прибора, а управляющие входы модулятора и фазометра высокой частоты подключены к первому выходу коммутатора.

В каждый измерительный канал введен фа20 зометр низкой частоты, сигнальный вход которого соединен с сигнальным входом фазометра высокой частоты, а опорный вход — с первым выходом коммутатора, причем в каждом канале выходы фазометров подключены к входам интегратора, а управляющие входы фазометров низкой частоты — соответственно к второму и третьему выходам коммутатора.

На фиг. 1 показана блок-схема автоматического ультразвукового устройства для

6500 1 2 измерения скорости потока сред; на фиг. 2 даны временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит измерительноакустический преобразователь с двумя дат- 5 чиками 1 и 2, модуляторы 8, 4, фазометры

5, б высокой частоты, фазометры 7,8 низкой частоты, интеграторы 9, 10, генераторы 11, 12 и коммутатор 18.

Коммутатор предназначен для одновременного управления работой модуляторов

8, 4 и фазометров 5, б высокой частоты и попеременного переключения фазометров

7, 8 низкой частоты и может состоять, например, из двух схем И 14, 15 выходы которых подключены к цепочке из последовательно соединенных, делителей частоты

16, 17 и триггера 18. Регистрирующий прибор 19 служит для измерения разности частот, высокочастотных напряжений, снимае- 2О мых с генераторов 11 и 12 измерительных каналов, и включает последовательно соединенные измеритель 20 разности частот и частотомер 21.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что измерение скорости

vпотока осуществляется так,,как это изображено на фиг. 2. Соответственно происходит увеличение скорости ультразвука по ЗО потоку c+v и уменьшение его против потока с — v. Предположим также, что выходной сигнал У„триггера 18 через схему И

14 осуществляет подачу переменного напряжения генератора 9 на вход делителя

16. Этот же сигнал отпирает фазометр 7 низкои частоты. Выходной сигнал с другого плеча триггера 18 запирает схему И 15 и фазометр 8 низкой частоты. Импульсы с выхода делителя 16 отпирают модуляторы 4о

8 и 4. При этом на датчик 1 поступают импульсы U, переменного напряжения с частотой заполнения, задаваемой генератором

11, а на датчик 2 — импульсы Uz переменного напряжения с частотой заполнения, 45 задаваемой генератором 12. Происходит одновременное встречное излучение датчиками 1 и 2 ультразвуковых импульсов по потоку и против потока, причем частота излучения импульсов равна

1 F

1 пзз близи. где F11 — частота переменного напряже- 55 ния генератора 11;

Niq — коэффициент деления делителя 16.

На время излучения импульсов происходит запирание фазометров 5 и б. Приня- 60 тые ультразвуковые импульсы датчиками

2 и 1 преобразуются в электрические импульсы и поступают на фазометры 5 и б высокой частоты и фазометр 7 низкой частоты. 65

В фазометре 5 высокой частоты первого измерительного канала происходит преобразование в электрический сигнал фазового сдвига высокочастотного переменного напряжения, заполняющего принятые,датчиком 2 импульсы, относительно высокочастотного переменного напряжения генератора 11. То же самое одновременно происходит во втором измерительном канале.

В фазометре 7 низкой частоты осуществляется преобразование в электрический сигнал фазового сдвига низкочастотного переменного напряжения огибающих принятых импульсов датчиком 2 относительно огибающих излученных импульсов датчиком

1. Если сигнал на выходе фазометра 7 низкой частоты окажется больше, чем сигнал на выходе фазометра 5 высокой частоты, происходит грубая автоматическая подстройка частоты заполнения и излучения ультразвуковых импульсов по потоку. При этом сигнал с фазометра 7 поступает на интегратор 9 и далее осуществляется изменение частоты генератора 11 и пропорциональное изменение низкой частоты на выходе делителя 16, равной F„,, = —, в стоF11

N„, рону уменьшения сигнала на выходе фазометра 7. Когда выходной сигнал фазометра 7 низкой частоты станет на много меньше, чем выходной сигнал фазометра 5 высокой частоты, происходит точная автоматическая подстройка частоты заполнения и излучения ультразвуковых импульсов по потоку той же последовательностью элементов первого измерительного канала, содержащей только вместо фазометра 7 низкой частоты фазометр 5 высокой частоты.

По истечении интервала времени 1И 17 где Ж17 — коэффициент

F11 деления делителя 17, осуществляется переход триггера 18 в другое устойчивое состояние. При этом отпирается схема И 15, и переменное высокочастотное напряжение генератора 12 начинает поступать на делитель 16, отпирается фазометр 8 низкой частоты, запираются схема И 14 и фазометр 5 низкой частоты. Последовательность же элементов первого измерительного канала, осуществляющих точную автоматическую подстройку частоты генератора 11 в соответствии с изменением скорости ультразвука по потоку с — v, остается включенной.

Работа второго измерительного канала происходит точно так же, как и первого, причем частота одновременного излучения ультразвуковых импульсов датчиками 1 и 2 теперь определяется следующим выражением:

F, Fèç7,,—

Л 1О

650012 где Fä — частота переменного напряжения генератора 12. При большом выходном сиг нале фазометра 8 низкой частоты происх лит грубая подстройка частоты иэлученс. и заполнения ультразвуковых импульсов, при малом выходном сигнале — точная. Через интервал времени т.- начинается слег дующий цикл работы устройства.

Таким образом, если грубая подстройка частоты в каналах измерения осуществля1 ется попеременно с частотой F,=

-4-—

1 то точная подстройка частоты генераторов

11 и 12 производится по двум каналам одновременно. Переменное высокочастотное напряжение с выходов генераторов ll и 12 поступает на измеритель 20 разности частот регистрирующего прибора 19 и далее по разности частот AF, измеренной частотомером 21, определяют скорость потока v.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измсрсния скорости потока, в частности, с высокой степенью пульсации в условиях быстрого изменения состава и температуры, за счет одновременного слежения за изме:;епием скорости ультразвука по потоку и против потока и уменьшения времспи измерения путем одновременно фазовой автоматической подстройки частот генераторов обоих измерительных каналов.

Фор,!ула изобретения

Автоматическое ультразвуковое устройство для измерения скорости потока, содержащее два ультразвуковых .датчика, коммутатор, последовательно соединенные ин. тегратор, генератор и регистрирующий прг 40 бор, два идентичных измерительных канала, включающих модулятор, соединенный выходом с ультразвуковым датчиком, и фазометр высокой частоты, соединенный сигнальным входом с выходом модулятора др.гого капала, сигнальный вход модулятора и опорный вход фазометра высокой гастоты первого канала соединены с выходом генератора, а пх управляющие входы подкл!очены к первому выходу коммутатоо т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цель:о повышения точности измерения скорости пул! сцрующсго потока сред с быстроме-!!ч!огцил!ися составом и температурой, вто; cé измерительный канал снабжен пос доi=.:а.т;ельно соединенными интегратором и гс ср;.i îpoì, выход которого подключен к с. п;альному входу модулятора, опорнол!у .-х; у фазометра высокой частоты и к втоpLlм входам коммутатора и регистрпрующ—

: .. нгцб ра, а управляющие входы модуля-о. а и фазометра высокой частоты подклю" пы к первому выходу коммутатора, в

":«жль!1! изл!сритс:!ьныи канал Введен фазо.летр низкой частоты. сигнальный вход io::", .:. o соединен с сип!альным входом фа:-ра гысокой частоты, а опорный вход —I1c !-л!и выходом коммутатора, причем в

:-ом канале выходы фазометров под-.е!!ы к входам интегратора, а управ;:. .е входы фазомстров низкой частоты — соответственно к второму п третьему выхода AI комл!утатора.

Исто !л!ики информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Бражников Н. И. Ультразвуковая фазометрия. М., «Энергия», 1968, с. 236.

2. Заявка № 2186039/10, кл. G 01 P 5/00, 1975, по которой вынесено решение о выдаче авторского свидетельства.

6500.12 с v с-ч

1F

Рпа2

Составитель В. Пирогов

Техред А. Камышникова

Редактор Т. Рыбалова

Корректор С. Файн

Заказ 47/174 Изд. № 173 Тираж 1089 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»