RU2696823C1 - Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред - Google Patents
Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696823C1 RU2696823C1 RU2018138542A RU2018138542A RU2696823C1 RU 2696823 C1 RU2696823 C1 RU 2696823C1 RU 2018138542 A RU2018138542 A RU 2018138542A RU 2018138542 A RU2018138542 A RU 2018138542A RU 2696823 C1 RU2696823 C1 RU 2696823C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- liquid fuel
- amplifier
- output
- flow rate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Предлагаемое устройство относится к приборостроению и предназначено для измерения расхода газовых и жидких топливных сред. Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред содержит генератор 1 псевдослучайной последовательности, генератор 2 гармонического колебания, фазовый манипулятор 3, усилители 4, 8 и 14, излучатель 5, трубопровод 6, приемный элемент 7, блок 9 регулируемой задержки, дифференциатор 10, перемножитель 11, коррелятор 12, фильтр 13 нижних частот и указатель 15 расхода. Технический результат - повышение точности измерения скорости движущихся частиц в трубопроводе заданного диапазона путем использования производной автокорреляционной функции и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. 2 ил.
Description
Предлагаемое устройство относится к приборостроению и предназначено для измерения расхода газовых и жидких топливных сред.
Известны датчики расхода газовых и жидких топливных сред (авт. свид. СССР №№913076, 1185093, 1435944, 1812433; патенты РФ №№2003944, 2010167, 2084833, 2176072, 2190191, 2190833, 2190834, 2511638; патенты США №№4308752, 4741215, 5440925; патенты Великобритании №№1165398, 2166550; патент ФРГ №2756873; патент Японии №56-54566; Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989; Никитин В.И. современные проблемы измерения малых расходов жидкости и газа. Измерительная техника, 1986, №2; Хамидуллин В.К. Ультразвуковые контрольно-измеритеьные устройства и системы. Л.: Машиностроение, 1989, с. 176, рис. 3.22 и другие).
Из известных датчиков и устройств наиболее близким к предполагаемому является «Ультразвуковой расходомер» (патент РФ №2003944, G01F 1/66, 1991) который и выбран в качестве прототипа.
Известный расходомер обеспечивает измерение скорости движущихся частиц в трубопроводе заданного диапазона. Это достигается автокорреляционной квадратурной обработкой акустических сигналов с использованием генератора белого шума.
В известном устройстве для измерения скорости корреляционным методом используются два сигнала: u(t) и u(t-τз), где - транспортное запаздывание второго сигнала.
Для точного измерения скорости нужно возможно точнее определить значение регулируемого запаздывания τз, соответствующее максимуму корреляционной функции.
Однако в области максимума автокорреляционная функция R(τ) имеет очень малую крутизну и изменяется незначительно при изменениях τ (фиг. 2, а).
Кроме того, автокорреляционная функция R(τ) имеет высокочастотное заполнение. Гораздо более благоприятной для поиска максимума является форма производной от автокорреляционной функции (фиг. 2, б).
В точке)=0 производная имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положении относительно точки τ=0. Таким образом, отыскание максимума автокорреляционной функции R(τ) (максимальный принцип - экстремальная задача) заменяется минимальным принципом измерения - стабилизацией нулевого значения регулируемой величины.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения скорости движущихся частиц в трубопроводе заданного диапазона путем использования производной автокорреляционной функции и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Поставленная задача решается тем, что ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, генератор гармонического колебания, последовательно включенные первый усилитель и излучатель, последовательно включенный приемный элемент и второй усилитель, последовательно включенные блок регулируемой задержки и коррелятор, состоящий из последовательно включенных перемножителя и фильтра нижних частот, при этом излучатель и приемный элемент установлены на трубопроводе на расстоянии друг от друга, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен генератором псевдослучайной последовательности, фазовым манипулятором, дифференциатором, третьим усилителем и указателем расхода, причем к выходу генератора гармонического колебания подключен фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, а выход подключен к входу первого усилителя и блока регулируемой задержки, выход второго усилителя через дифференциатор подключен к второму входу перемножителя, к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены третий усилитель, блок регулируемой задержки и указатель расхода.
Структурная схема ультразвукового датчика расхода газовых и жидких топливных сред представлена на фиг. 1. вид автокорреляционной функции R(τ) и ее производной показаны на фиг. 2.
Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред содержит последовательно включенных генератор 2 гармонического колебания, фазовый манипулятор 3, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 псевдослучайной последовательности, первый усилитель 4 и излучатель 5, последовательно включенные приемный элемент 7, второй усилитель 8, дифференциатор 10, перемножитель 11, второй вход которого через блок 9 регулируемой задержки соединен с выходом фазового манипулятора 3, фильтр 13 нижних частот, третий усилитель 14, блок 9 регулируемой задержки и указатель 15 расхода. Перемножитель 11 и фильтр 13 нижних частот образуют коррелятор 12. Излучатель 5 и приемный элемент 7 установлены на трубопроводе 6 на расстоянии друг от друга.
Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред работает следующим образом.
Гармоническое колебание
uc(t)=Uc⋅Cos(ωct+ϕc), 0≤t≤Тс,
где Uc, ωc, ϕс, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания,
с выхода генератора 2 гармонического колебания поступает на первый вход фазового манипулятора 3, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода генератора 1 псевдослучайной последовательности. На выходе фазового манипулятора 3 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
u1(t)=U1⋅Cos[(ωct+ϕk(t)+ϕс], 0≤t≤Тс,
где ϕк(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы сигнала, отражающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕк(t)=const при kτЭ<t<(k+1) τЭ и может изменяться скачком при t=kτЭ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N);
τЭ, N, - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс(Тс=N⋅τЭ),
который через первый усилитель 4 и излучатель 5 поступает в движущуюся топливную среду. Отражаясь от движущихся частиц, акустический ФМн сигнал поступает на вход приемного элемента 7
u2(t)=U2⋅Cos[ωc(t-τз)+ϕk(t-τз)+ϕс], 0≤t≤Тс,
V - скорость движения частиц.
Следовательно, принятый сигнал соответствует по форме излученному, но задержанному на τз в акустическом канале. Одновременно с этим излучаемый ФМн сигнал u1(t) через блок 9 регулируемой задержки.
На выходе такой схемной конструкции сигнал будет соответствовать производной от автокорреляционной функции .
Таким образом, продифференцировав один из входных сигналов на выходе указанной схемной конструкции получим знакопеременный сигнал с большой крутизной в области максимума корреляционной функции, который может быть использован для автоматического управления блоком 9 регулируемой задержки. Если указанная производная не равна нулю, то на выходе фильтра 13 нижних частот формируется управляющее напряжение, амплитуда которого пропорциональна степени отклонений производной корреляционной функции от нулевого значения, а полярность направлению отклонения. Это напряжение через усилитель 14 воздействует на управляющий вход блока 9 регулируемой задержки, изменяя временную задержку τ так, чтобы производная корреляционной функции была равна нулю. Указатель 15 расхода, связанный со шкалой блока 9 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать расход газовых и жидких топливных сред.
Таким образом, предлагаемый датчик по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение точности измерения скорости движущихся частиц в трубопроводе заданного диапазона. Это достигается использованием производной автокорреляционной функции и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Метод измерения временных интервалов по минимуму производной автокорреляционной функции (прохождению через нуль), наряду с высокой точностью и чувствительностью, обладает еще одним весьма существенным преимуществом нулевого метода, а именно амплитуда входных сигналов входных сигналов и ее флюктуации не оказывают влияния на результат измерений. Достоинством нулевого метода является также относительная простота получения нужного сигнала рассогласования, производная в точке τ=0. Предлагаемая корреляционная система обеспечивает методическую погрешность измерений, равную долям процента.
Сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают высокой помехоустойчивостью, энергетической и структурной скрытностью. Автокорреляционная функция указанных сигналов обладает хорошими свойствами, которые использованы в предлагаемом датчике.
Claims (1)
- Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред, содержащий генератор гармонического колебания, последовательно включенные первый усилитель и излучатель, последовательно включенные приемный элемент и второй усилитель, последовательно включенные блок регулируемой задержки и коррелятор, состоящий из последовательно включенных перемножителя и фильтра нижних частот, при этом излучатель и приемный элемент установлены на трубопроводе на расстоянии друг от друга, отличающийся тем, что он снабжен генератором псевдослуйчайной последовательности, фазовым манипулятором, дифференциатором, третьим усилителем и указателем расхода, причем к выходу генератора гармонического колебания подключен фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, а выход подключен к входу первого усилителя и блока регулируемой задержки, выход второго усилителя через дифференциатор подключен к второму входу перемножителя, к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены третий усилитель, блок регулируемой задержки и указатель расхода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138542A RU2696823C1 (ru) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138542A RU2696823C1 (ru) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2696823C1 true RU2696823C1 (ru) | 2019-08-06 |
Family
ID=67587099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018138542A RU2696823C1 (ru) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2696823C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3028749A (en) * | 1959-01-26 | 1962-04-10 | Gulton Ind Inc | Ultrasonic fluid density measuring system |
US4095457A (en) * | 1976-07-16 | 1978-06-20 | Nippon Kokan Kabushiki Kaisha | Apparatus for detecting changes in parameters of liquid flowing in a pipe based on sing-around method |
RU2003944C1 (ru) * | 1991-11-27 | 1993-11-30 | Dikarev Viktor I | Ультразвуковой расходомер |
JP2000206133A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-07-28 | Babcock Hitachi Kk | 音響式流速計測装置 |
-
2018
- 2018-10-31 RU RU2018138542A patent/RU2696823C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3028749A (en) * | 1959-01-26 | 1962-04-10 | Gulton Ind Inc | Ultrasonic fluid density measuring system |
US4095457A (en) * | 1976-07-16 | 1978-06-20 | Nippon Kokan Kabushiki Kaisha | Apparatus for detecting changes in parameters of liquid flowing in a pipe based on sing-around method |
RU2003944C1 (ru) * | 1991-11-27 | 1993-11-30 | Dikarev Viktor I | Ультразвуковой расходомер |
JP2000206133A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-07-28 | Babcock Hitachi Kk | 音響式流速計測装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3762221A (en) | Measurement of fluid flow rates | |
US4248085A (en) | Measurement of relative velocities | |
US2480646A (en) | Speed measuring device | |
US11747181B2 (en) | Extended range ADC flow meter | |
CN103344288B (zh) | 一种基于零点分析的时差式超声波流量计测量方法 | |
US8700344B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JPH063391B2 (ja) | 移動する媒体の流れの体積または質量の無接触測定装置 | |
JPS5824816A (ja) | ドツプラ−型超音波流量計 | |
US2418538A (en) | Measurement of distance by frequency-modulated carrier wave | |
CN108489562B (zh) | 一种基于超声波共振的水管流速检测水表***及方法 | |
US3532427A (en) | Laser doppler system for measuring three dimensional vector velocity | |
Coulthard | Ultrasonic cross-correlation flowmeters | |
EP0097041A2 (en) | Correlation of noise signals | |
US10852168B2 (en) | Method of measuring time of flight of an ultrasound pulse | |
RU2696823C1 (ru) | Ультразвуковой датчик расхода газовых и жидких топливных сред | |
US4528857A (en) | Phase modulation, ultrasonic flowmeter | |
RU2515129C1 (ru) | Вихревой расходомер | |
RU2620779C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких сред | |
US3214973A (en) | Acoustic flow meter for measuring very slow fluid flow | |
US3283574A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
Corver et al. | Response to pulsatile flow of a miniaturised electromagnetic blood flow sensor studied by means of a laser-Doppler method | |
RU2791667C1 (ru) | Способ ультразвукового измерения параметров газовоздушных гомогенных потоков | |
Payne et al. | The laser ranging system for the GBT | |
RU2444767C1 (ru) | Способ определения трасс прокладки подводных трубопроводов и устройство для его осуществления | |
SU708228A1 (ru) | Измеритель скорости потока |