SU1000763A1 - Ультразвуковой расходомер - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в различных отрасл х народного хоз йства при измерении расхода . Известен одиоканальный ультразвуковой расходомер, содержащий одноканальный акустический преобразователь расхода с двум  приемоизлучающими головками, два ключа, схему логики , Зсщающий генератор, два смесител , перестраиваемый фазовый ком пенсатор llНаиболее близ5 им к предлагаемому  вл етс  устройство, реализующее способ измерени  расхода, которое содержит две приемоизлучающие -головки , установленные на отрезке трубопровода , и измерительную схему,вклю чающую два ключа, первые входы кото рых подключены соответственно к пер вой и второй приемоизлучающим голов кам, вторые входы к задающему генератору , третьи - к схеме логики, а -выходы через первый и второй смесители , вторые входы которых соединены , подключены к входам нуль-детекг тора, выход которого подключен к измерителю временных интервалов, Зсщающий генератор и генератор вспо могательной частоты, выходы которых подключены к входам схемы логики. Использование в качестве опорного сигнала вспомогательной частоты обеспечивает синхронизацию фаз приемных сигналов и опорного. Благодар  этому имеет место посто нство начальной фазы единичного периода колебаний разностной частоты на выходе одного из смесителей.При этом остаетс  посто нным расположение нуль-перехода этого сигнала относительно его граничных точек (общих дл  обоих сигналов) . Однако известный расходомер характеризуетс  недостаточной точностьк при измерении знакопеременных расходов . Действительно, пор док .расположени  на временной оси нуль-переходов единичных периодов колебаний разностной частоты должен быть однозначно св зан с направлением течени  среды через преобразователь расхода . При изменении направлени  течени  он мен етс  на противоположный . Так как в рассматриваемом расходомере положение нуль-перехода о; ного из сигналов посто нно относительно его граничных точек и дл  реализации максимально возможного сдвига фаз межДу сигналами приема, равного 2ir,- этот переход располагае с  у одной из границ сигнала, при изменении направлени  течени  среды нужный нуль-переход второго сигнала переходит через эту границу, при этом расходомер дает неверную инфор мацию как о величине, так и о знаке контролируемого расхода. Цель изобретени  - повышение точ ности при измерении расхода знакопеременных потоков.I Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство.введены третий клю индикатор знака и треть  и четверта приемоизлучающие головки, причем входы индикатора знака подключены к выходам смесителей, управл ющий вход третьего ключа подключен к схе ме логики, сигнальный вход - к генератору вспомогательной частоты, а выход - к третьей приемоизлучающей головке, четверта  приемоизлучающа  головка подключена к вторым входам смесителей, при этом рассто  ние между первой и второй и третьей и четвертой приемоизлучающими голов ками равны между собой. На фиг.1 показана структурна  схема предлагаемого расходомера; на фиг.2 - акустический преобразовател с приемоизлучающими головками, разрез; ga фиг.З - временные диаграммы по сн ющие работу расходомера. Расходомер включает (см.фиг.1) акустический преобразователь 1 расхода с четырьм  приемоизлучающими головками 2-5, три ключа 6-8, задающий генератор 9, генератор 10 вспомогательной частоты, два смесител  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 дл  подстыковки к контролируемому трубопроводу. Корпус имеет четыр гнезда 20-23, в которых монтируютс  четыре приемоизлучающие головки 2427 . Ось пары головок 24-25- расположена под углом 90 к оси корпуса 17 Ось второй пары 26-27 расположен под углом oiк оси корпуса 17. Рассто ни  ://( и ./2между головками 2425 и 26-27 равны между собой. Расходомер работает следующим образом. Через преобразователь расхода пропускаетс  контролируема  жидкост При этом формируетс  поток со средней скоростью V , где D - диаметр трубопровода, а Q- объемный расход. На ключи 6 и 7 поступают сигналы (см.фиг.3) с задающего генератора 9 V --v siHC8{,-t () и управл ющий - со схемы 16 логики V.,U), . (2) где , Utt)IG(-l--|i) (з; -л HJO-WY- /1 где п 1,2,3.,.к- целое число. . G -lo-H/ 4,teLo,-t;o3,T;o-Управл ющий сигнал представл ет собой последовательность импульсов с периодом следовани , кратным периоду колебаний сигнала разностной частоты На сигнальный вход ключа 8 поступает сигнал с генератора вспомогательной частоты N,,--Vn;cosu;v--t. а на его управл ющий вход - сигнал V На ультразвуковые головки 2 и 3 поступает сигнал ,Ct).in%t , (5) на ультразвуковую головку 4 Vf-VwiO.(i)C05Utfrt: (б) Электрические сигналы у, и V преобразуютс  ультразвуковыми головками 2 - 4 в три ультразвуковых импульса . Два из них (от головок 2 и 3) движутс  во взаимнопротивоположных направлени х по одному пути под углом с к потоку. При наличии течени  жидкости скорость движени  одного из сигналов равна C+V, а другого C-V, где V - проекци  скорости среды на направление распространени  сигналов. В итоге один сигнал получает временную задержку в преобразователе расхода у , другой - . Третий импульс, излученный головкой 4, движетс  перпендикул рно потоку, поэтому составл юща  скорости среды на направление его движени  равна нулю. Скорость движени  этого импульса равна скорости звука в неподвижной среде С, так что он получает Li задержку -;;;- . Звуковыв импульсы, достигнуй приемных головок, преобразуютс  в электрические сигналы: головкой 3 ,li - )(4- V),0 головкой 2 ) iKict;o(t-c)Ag) NvV C itголовкой 4 (i-J)51HUyj t--) (P)

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

V,

t,c учетом C77V do}

C-V С

С помощью смесителей 11 и 12 осуществл етс  преобразование несущей частоты приемных сигналов V и V-J путем смещени  его с опорным сигналом . Согласно изобретению в качестве опорного используетс  сигнал Vg, набег фазы которого в акустическом преобразователе t8JyiL2/C равен набегу фазы сигналов V и V- при отсутствии расхода. Сигналы Vg и V на выходах смесителей 11 и 12 пропорциональны низкочастотным составл ющим произведений Vg и Vj Vg:

-Vv.b(t-:)G(t-f-)5i.Cu;o-- .)(t-). С..)

,G (t-evH-) .)

t-b

ЛЛ-

где

Так как согласно (3) период повторени  сигналов V и кратен периоду колебаний сигнала разностной частоты uLiQ-dV, то при фиксированном V положени  нуль-переходов t и t сигналов Vg и v с определенным знаком производной по времени посто нны относительно их граничных точек.

„ -кг

Разность между t и t  вл етс 

мерой скорости потока (объемного расхода)

t-t-- (13)

Она в М раз больше сдвига по времени между сигналами V, и Vy, что обеспечивает возможность измерени  весьма малых расходов. ,

. При отсутствии расхода t О и нуль-переходы t и t располагаютс  на середине импульсов Vp и р. При наличии расхода (V 0) точки t и t согласно (11) и (12) сдвигаиотс  относительно середины сигналов приема Vn и V на величины

МЦУ

АЛЦУ

Преобразователь расхои +

С 1 да рассчитываетс  таким образом, .что при максимальном расходе V V,,,

а 4 - . iK

4-(

-X /у,

/шок

С

откуда следует, что сдвиг нуль-переходов t и t относительно середины сигналов приема не превышает ±То/2.

Нуль-детектор 13 (обьино триггер в сочетании с усилител ми-ограничител ми , формирующими из сигналов

V и напр жени  пр моугольной формы) срабатывает в моменты t и t перехода сигналов V и V p4epe3 нуль с одинаковыми знаками производной по времени, например отрицательными (т.е. срабатывает от задних фронтов усиленных сигналов V и ) . На выходе нуль-детектора 13 формируетс  временной интервал, равный модулю разности tf- t. При изменении знака расхода (V -сО) пор док расположени  точек t и t на оси времени измен етс . Максимально допустимый интервал между t и t составл ет /vV, что соответствует сдвигу фаз

27f между приемными сигналами Vg и v как в известном устройстве.

Длительность временного интервала / t - t/ , формируемого нульдетектором 13, измер етс  измерителем 14 временных интервалов. Индикатор 15 знака находитс  в положеО

в зависимости

НИИ

или

от того, какой из сигналов Vp и V поступает первым по времени на его

входы, т.е. позвол ет определить направление, течени  среды через преобразователь расхода.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает при сохранении всех прочих характеристик известного устройства измерение знакопеременного расхода, т.е. позвол ет измер ть расход при произвольном направлении течени  контролируемой среды через преобразователь расхода и определ ть направление течени .

Claims (1)

1.Патент США 3935735,кл.73-194, 1976.

2; Авторское свидетельство СССР 767523,кл, G 01 F 1/66, 1978 (прототип ) .

fe

Уг

fff

7

УВ

Vf

Vn