RU2029947C1 - Method to determine flow parameters - Google Patents

Method to determine flow parameters Download PDF

Info

Publication number
RU2029947C1
RU2029947C1 SU5059690A RU2029947C1 RU 2029947 C1 RU2029947 C1 RU 2029947C1 SU 5059690 A SU5059690 A SU 5059690A RU 2029947 C1 RU2029947 C1 RU 2029947C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
information
signal
time
flow
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Галкин
Original Assignee
Владимир Иванович Галкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Иванович Галкин filed Critical Владимир Иванович Галкин
Priority to SU5059690 priority Critical patent/RU2029947C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2029947C1 publication Critical patent/RU2029947C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02863—Electric or magnetic parameters

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: determining flow parameters. SUBSTANCE: ultrasonic irradiator is used to generate short acoustic signal, to pass it through flow at different angles to its direction, then it is received and converted into information electric signal. Reference electric signal is generated on the basis of this electric signal, inducing ultrasonic irradiator. First pulses of reference and information electric signals are compared with preset threshold levels not exceeding their peak values, then lengths of the pulses are measured at the level of preset threshold values, time length between the first pulses of information and reference pulses are measured in the moment they reach threshold values. Time of acoustic signal spread in the flow under investigation is defined by time interval between positions of extremum points of the first pulses of information and reference electric signals: T = Ti+ (A·t2-B·t1), where T is time of acoustic signal spread in flow; Ti is value of time interval between the first pulses of information and reference pulses in time they reach threshold values; A is coefficient, depending of shape of the first pulse of information signal; B is coefficient, depending on shape of the first pulses of reference and information signals correspondingly. Degree of attenuation of acoustic pulse by flow in given measurement cycles is determined by measured duration of the first pulse of information signal at several threshold levels. Parameters of the flow under investigation are determined using time of acoustic signal passing through flow and degree of its attenuation defined by this method. EFFECT: highly effective determination of flow parameters. 3 dwg

Description

Изобретение относится к способам определения температуры, скорости, направления и других параметров потока, в частности потока газа. The invention relates to methods for determining temperature, speed, direction and other flow parameters, in particular a gas stream.

Известен способ определения параметров потока по времени распространения акустического сигнала в двух взаимно противоположных направлениях между двумя точками исследуемого потока, находящихся на известном расстоянии. Этого достаточно для определения температуры и скорости потока в одном направлении. A known method of determining flow parameters from the propagation time of an acoustic signal in two mutually opposite directions between two points of the studied stream at a known distance. This is sufficient to determine the temperature and flow rate in one direction.

Для определения вектора скорости потока в пространстве время распространения акустического сигнала измеряют между тремя парами точек, лежащих на трех взаимно перпендикулярных направлениях. При этом время измеряется от момента формирования электрического сигнала, подаваемого на ультразвуковой излучатель, до момента времени, когда электрический сигнал, полученный путем преобразования акустического сигнала, прошедшего поток, и поступающий на вход порогового устройства, достигает заданного уровня. To determine the flow velocity vector in space, the propagation time of an acoustic signal is measured between three pairs of points lying on three mutually perpendicular directions. In this case, the time is measured from the moment of formation of the electric signal supplied to the ultrasonic emitter to the moment when the electric signal obtained by converting the acoustic signal that has passed through the stream and arriving at the input of the threshold device reaches a predetermined level.

Недостатками способа являются недостаточная информативность, поскольку измеряется лишь температура, скорость и направление потока и не предусмотрена возможность измерения влажности; недостаточная точность измерения параметров, обусловленная наличием не контролируемых задержек в электрических цепях при формировании сигналов; избыточность узлов в устройстве, реализующем данный способ определения параметров потока в пространстве. The disadvantages of the method are the lack of information, since only the temperature, speed and direction of flow are measured and the possibility of measuring humidity is not provided; insufficient accuracy of the measurement of parameters due to the presence of uncontrolled delays in the electrical circuits during the formation of signals; redundancy of nodes in a device that implements this method of determining flow parameters in space.

Более надежен в реализации способ [2], в котором для исследования потока используют ультразвуковые сигналы в виде волнового пакета и время распространения определяют через корреляцию между переданным сигналом и сигналом, полученным по крайней мере одним ультразвуковым приемником. More reliable in the implementation of the method [2], in which ultrasonic signals in the form of a wave packet are used to study the flow and the propagation time is determined through the correlation between the transmitted signal and the signal received by at least one ultrasonic receiver.

Несмотря на то, что этот способ характеризуется лучшей помехозащищенностью и более удачной приборной реализацией (в измерительной головке излучатели и приемники установлены парами в вершинах тетраэдра, при этом каждый излучатель посылает сигнал на три приемника, находящихся в противоположных вершинах), он также не свободен от недостатков: не предусмотрена возможность определения влажности, а точность определения температуры, скорости и направления потока недостаточна из-за неучета изменений временных задержек в электрических цепях при формировании сигналов. Кроме того, для вычисления времени распространения акустического сигнала между двумя точками исследуемого потока применяются более сложные по сравнению с предыдущим способом алгоритмы обработки. Despite the fact that this method is characterized by better noise immunity and more successful instrumentation (in the measuring head, emitters and receivers are installed in pairs at the vertices of the tetrahedron, while each emitter sends a signal to three receivers located at opposite vertices), it is also not free from disadvantages : the possibility of determining the humidity is not provided, and the accuracy of determining the temperature, speed and direction of flow is insufficient due to the neglect of changes in time delays in electrical circuits When generating signals. In addition, to calculate the propagation time of the acoustic signal between two points of the stream under study, more complex processing algorithms are used compared to the previous method.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ определения параметров потока [3], в котором формируют короткий акустический сигнал из электрического сигнала, пропускают акустический сигнал через поток под различными углами к его направлению, принимают акустический сигнал, прошедший поток, преобразуют его в электрический сигнал, первый импульс которого сравнивают с заданным пороговым значением, уровень которого не превышает пиковой величины сигнала, измеряют пиковую величину сигнала, полученного путем преобразования акустического сигнала, прошедшего поток, определяют время прохождения акустического сигнала через исследуемый поток и степень ослабления акустического сигнала исследуемым потоком, которые затем используют для определения параметров потока (скорости, направления, температуры, влажности). The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method for determining the flow parameters [3], in which a short acoustic signal is formed from an electric signal, the acoustic signal is passed through the stream at various angles to its direction, the acoustic signal transmitted through the stream is received, it is converted into an electrical signal, the first pulse of which is compared with a predetermined threshold value, the level of which does not exceed the peak value of the signal, measure the peak value of the signal, Acquiring by converting the acoustic signal transmitted stream determined transit time of the acoustic signal through the test flow and degree of attenuation of the acoustic signal investigated stream which is then used to determine the flow parameters (velocity, direction, temperature, humidity).

Этот способ по сравнению с описанным выше обладает большей информативностью, так как по степени ослабления сигнала потоком позволяет определять влажность. This method, in comparison with the one described above, is more informative, since the moisture content can be determined by the degree of attenuation of the signal by the flow.

Недостатком способа-прототипа является недостаточная точность определения параметров потока, связанная с неучетом изменения временных задержек в электрических цепях при формировании сигналов, обусловленных как собственными задержками в электрических цепях, так и задержками, связанными с ослаблением акустического сигнала исследуемой средой. The disadvantage of the prototype method is the lack of accuracy in determining the flow parameters associated with the neglect of changes in time delays in electrical circuits when generating signals due to both their own delays in electrical circuits and delays associated with attenuation of the acoustic signal by the medium under study.

Цель изобретения - повышение точности определения параметров потока путем повышения точности измерения времени распространения акустического сигнала в исследуемой среде. The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining flow parameters by increasing the accuracy of measuring the propagation time of an acoustic signal in the medium under study.

Цель достигается тем, что формируют короткий акустический сигнал из электрического сигнала, пропускают его через поток под различными углами к его направлению, принимают и преобразуют его в электрический сигнал, первый импульс которого сравнивают с заданным пороговым значением, не превышающим его пиковую величину, определяют степень ослабления акустического сигнала исследуемым потоком и время прохождения его через исследуемый поток, по которым определяют параметры потока: скорость, направление, температуру, влажность. The goal is achieved by forming a short acoustic signal from an electric signal, passing it through the stream at various angles to its direction, receiving and converting it into an electric signal, the first pulse of which is compared with a predetermined threshold value that does not exceed its peak value, and the degree of attenuation is determined acoustic signal by the studied stream and its transit time through the studied stream, by which the flow parameters are determined: speed, direction, temperature, humidity.

В отличие от известного время прохождения акустического сигнала через исследуемый поток определяют по временному интервалу между положениями экстремумов первых импульсов электрических сигналов, один из которых - опорный - формируют по электрическому сигналу, используемому для формирования акустического сигнала, другой - информационный - получают путем преобразования акустического сигнала, прошедшего исследуемый поток. При этом опорный сигнал также сравнивают с заданным пороговым значением, не превышающим его пиковой величины, измеряют длительность первых импульсов опорного и информационного сигналов на уровне заданных пороговых значений, измеряют временной интервал между моментами, когда величины первых импульсов опорного и информационного электрических сигналов достигают заданных пороговых значений, определяют временной интервал между положениями экстремумов из соотношения
Т = Тu + (A.t2 - B.t1), где Т - время прохождения зондирующего акустического сигнала через исследуемый поток;
Тu - временной интервал между первыми импульсами опорного и информационного электрических сигналов;
А - коэффициент, зависящий от формы первого импульса информационного электрического сигнала;
В - коэффициент, зависящий от формы первого импульса опорного электрического сигнала;
t1 и t2 - измеренные значения длительностей первых импульсов соответственно опорного и информационного сигналов; а по измеренной длительности первого импульса информационного сигнала на нескольких пороговых уровнях определяют степень ослабления акустического сигнала потоком в данных циклах измерения.In contrast to the known time of the passage of the acoustic signal through the stream under study, it is determined by the time interval between the extreme positions of the first pulses of the electrical signals, one of which is the reference one, which is formed by the electric signal used to form the acoustic signal, and the other, information signal, is obtained by converting the acoustic signal, past the investigated stream. In this case, the reference signal is also compared with a predetermined threshold value not exceeding its peak value, the duration of the first pulses of the reference and information signals is measured at the level of the set threshold values, the time interval between the moments when the values of the first pulses of the reference and information electric signals reach the specified threshold values is measured , determine the time interval between the positions of the extrema from the relation
T = T u + (A t 2 - B t 1..), Where T - time of the probe the acoustic signal through the test stream;
T u - the time interval between the first pulses of the reference and information electrical signals;
A is a coefficient depending on the shape of the first pulse of the information electric signal;
B is a coefficient depending on the shape of the first pulse of the reference electrical signal;
t 1 and t 2 are the measured values of the durations of the first pulses, respectively, of the reference and information signals; and from the measured duration of the first pulse of the information signal at several threshold levels, the degree of attenuation of the acoustic signal by the flow in these measurement cycles is determined.

Используя определенные с помощью предлагаемого способа время прохождения акустического сигнала через поток и степень его ослабления, по известным соотношениям определяют параметры исследуемого потока. Using the transit time of the acoustic signal through the stream and the degree of attenuation determined using the proposed method, the parameters of the stream under study are determined from known ratios.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы электрических сигналов: А - диаграмма опорного сигнала, сформированного по электрическому импульсу возбуждения ультразвукового излучателя; В - диаграмма электрического сигнала, полученного путем преобразования акустического сигнала, прошедшего исследуемый поток; на диаграммах С, D, E - временная селекция меток, поступающих на счетчики, для определения длительностей опорного и информационного импульсов и временного интервала между ними. Для определения времени прохождения акустического сигнала через исследуемый поток подсчитывают количество N временных отрезков Δt от момента, когда величина первого импульса 1 опорного сигнала достигнет порогового уровня 2', до момента, когда величина первого импульса 3 информационного сигнала достигнет порогового уровня 4'. Одновременно производят подсчет количества n1 и n2 отрезков времени Δt, когда величины импульсов 1 и 3 превысят заданные пороговые уровни 2' и 4' соответственно. По полученным значениям N и ni определяют временной интервал между импульсами 1 и 3 и длительности этих импульсов на заданных пороговых уровнях по формулам
Тu = Δt. N
t1 = Δt. n1
t2 = Δt.n2, где Tu - временной интервал между первыми импульсами опорного и информационного электрических сигналов;
t1 и t2 - длительности первых импульсов соответственно опорного и информационного электрических сигналов.In FIG. 1 shows time diagrams of electrical signals: A is a diagram of a reference signal generated by an electric pulse of excitation of an ultrasonic emitter; B is a diagram of an electrical signal obtained by converting an acoustic signal that has passed through a flow of interest; in diagrams C, D, E - time selection of labels arriving at the counters to determine the durations of the reference and information pulses and the time interval between them. To determine the transit time of the acoustic signal through the stream under study, the number N of time intervals Δt is calculated from the moment when the value of the first pulse 1 of the reference signal reaches the threshold level 2 ' to the moment when the value of the first pulse 3 of the information signal reaches the threshold level 4 ' . At the same time, the numbers n 1 and n 2 of the time intervals Δt are calculated when the values of pulses 1 and 3 exceed the predetermined threshold levels 2 ' and 4 ', respectively. The obtained values of N and n i determine the time interval between pulses 1 and 3 and the duration of these pulses at predetermined threshold levels using the formulas
T u = Δt . N
t 1 = Δt . n 1
t 2 = Δt . n 2 , where T u is the time interval between the first pulses of the reference and information electrical signals;
t 1 and t 2 - the duration of the first pulses, respectively, of the reference and information electrical signals.

По измеренным длительностям импульсов находят временные положения экстремумов и вычисляют временной интервал между положениями 5 и 6 экстремумов первых импульсов опорного и информационного электрических сигналов:
Т = Тu + (A.t1 - В.t2)
Экспериментальные исследования, проведенные с помощью устройства, реализующего предлагаемый способ, показали, что электрические импульсы 1 и 2 (фиг. 1) можно рассматривать как симметричные относительно положения экстремумов и в этом случае коэффициенты А и В принимают значение 0,5 и формула имеет вид:
Т = Тu + 1/2 . (t1 - t2)
Как видно из диаграмм, изображенных на фиг. 1 (А и В), при определении временного интервала между первыми импульсами опорного и информационного сигналов на результат измерений не влияют величины задаваемых в известных пределах пороговых уровней 2' и 4' и амплитуды самих импульсов. Если, например, амплитуда информационного импульса уменьшится, то как видно из фиг. 1 В, величина импульса достигнет порогового уровня с некоторой задержкой, что приведет к увеличению измеряемого времени. Именно неучет этого обстоятельства характерен для способа-прототипа. Но половина длительности данного импульса уменьшится на эту же величину, и следовательно, определяемое время не изменится.Using the measured pulse durations, find the temporary positions of the extrema and calculate the time interval between the positions 5 and 6 of the extrema of the first pulses of the reference and information electrical signals:
T = T u + (A t 1 -. In t 2).
Experimental studies carried out using a device that implements the proposed method showed that the electrical pulses 1 and 2 (Fig. 1) can be considered symmetrical with respect to the position of the extrema, and in this case, the coefficients A and B take the value 0.5 and the formula has the form:
T = T u + 1/2 . (t 1 - t 2 )
As can be seen from the diagrams shown in FIG. 1 (A and B), when determining the time interval between the first pulses of the reference and information signals, the measurement result is not affected by the values of the threshold levels 2 ' and 4 ' specified in the known limits and the amplitudes of the pulses themselves. If, for example, the amplitude of the information pulse decreases, then as can be seen from FIG. 1 V, the pulse value will reach the threshold level with some delay, which will lead to an increase in the measured time. It is the neglect of this circumstance that is characteristic of the prototype method. But half the duration of a given pulse will decrease by the same amount, and therefore, the determined time will not change.

Таким образом предлагаемый способ позволяет более точно по сравнению с известными определять время прохождения акустического сигнала через исследуемый поток, следовательно, при зондировании исследуемого потока в нескольких направлениях можно с большей точностью определять температуру, скорость и направление потока, а информация о степени ослабления акустического сигнала различной частоты исследуемым потоком позволяет оценить влажность воздуха и другие параметры газовых и аэрозольных смесей (например, концентрацию аэрозолей, их состав). Thus, the proposed method allows more accurately compared with the known to determine the transit time of the acoustic signal through the studied stream, therefore, when probing the studied stream in several directions, you can more accurately determine the temperature, speed and direction of the stream, and information about the degree of attenuation of the acoustic signal of different frequencies the studied flow allows one to evaluate air humidity and other parameters of gas and aerosol mixtures (for example, the concentration of aerosols, their becoming).

На фиг. 2 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - конструкция измерительной головки устройства. In FIG. 2 shows a block diagram of the proposed device; in FIG. 3 - design of the measuring head of the device.

Устройство для измерения метеопараметров содержит (фиг. 2) формирователь 7 разнесенных во времени электрических импульсов возбуждения, подаваемых на ультразвуковые излучатели 8, которые излучают акустические сигналы 9, направляемые через исследуемый поток под разными углами к его направлению. Акустические сигналы 9 фокусируются отражателем 10 на приемнике 11, где преобразуются в электрические сигналы, поступающие через усилитель 12 на компаратор 13. Одновременно с каждым импульсом возбуждения с формирователя 7 через емкость 14 на вход усилителя 12 поступает опорный сигнал. На другой вход компаратора 13 с блока 15 задания уровней поступают сигналы, определяющие пороговые уровни. Сигналы с компаратора 13 поступают на входы блоков 16, 17, 18 временной селекции, на вторые входы которых подаются управляющие сигналы с таймерного блока 19. Блоки 16, 17, 18 временной селекции вырабатывают сигналы разрешения работы счетчиков 20, 21, 22, в которых производится подсчет импульсов, поступающих с таймерного блока 19. Причем блок 16 и счетчик 20 отвечают за подсчет временных меток длительности опорного сигнала, блок 17 и счетчик 21 - за подсчет временных меток временного интервала между импульсами. Блок 18 выдает сигнал разрешения работы для счетчика 22 при снятом сигнале с блока 17, а по заднему фронту импульса с выхода блока 18 производится останов таймерного блока 19, из которого выдается сигнал в процессор 23 о завершении цикла измерений по одному зондирующему импульсу. Процессор 23 устанавливает в блоке 15 задания уровней величины пороговых уровней, вырабатывает управляющие и установочные сигналы на блоки 16, 17, 18 временной селекции, на таймерный блок 19 и счетчики 20, 21, 22; через блок 24 коммутаторов считывает информацию со счетчиков, производит накопление информации, анализ, вычисления и отображение результатов измерений. Таймерный блок 19 содержит кварцевый резонатор (10-30 МГц) и вырабатывает импульсы запуска заданной процессором 23 длительности на формирователь 7, импульсы установки на блок 15 задания уровней, управляющие сигналы на блоки 16, 17, 18 временной селекции и импульсы временных меток на счетчики 20, 21, 22. Если не требуется определения влажности, то схема может быть упрощена. В этом случае длительность опорного сигнала измеряется при настройке, на компараторе устанавливается оптимальный пороговый уровень, а блоки 15, 16, счетчик 20 исключаются из схемы. A device for measuring meteorological parameters (Fig. 2) includes a shaper 7 of time-separated electric excitation pulses supplied to ultrasonic emitters 8 that emit acoustic signals 9 directed through the stream under investigation at different angles to its direction. The acoustic signals 9 are focused by the reflector 10 at the receiver 11, where they are converted into electrical signals supplied through the amplifier 12 to the comparator 13. At the same time, with each excitation pulse, a reference signal is supplied from the driver 7 through the capacitance 14 to the input of the amplifier 12. At the other input of the comparator 13 from the block 15 of the level setting receives signals that determine the threshold levels. The signals from the comparator 13 are fed to the inputs of the temporary selection blocks 16, 17, 18, the second inputs of which are supplied with control signals from the timer block 19. The temporary selection blocks 16, 17, 18 generate the signals enabling the operation of the counters 20, 21, 22, in which counting pulses from the timer unit 19. Moreover, block 16 and counter 20 are responsible for counting time stamps of the reference signal duration, block 17 and counter 21 are responsible for counting time stamps of the time interval between pulses. Block 18 generates a work enable signal for counter 22 when the signal is taken from block 17, and the timer block 19 is stopped at the trailing edge of the pulse from the output of block 18, from which a signal is sent to processor 23 to complete the measurement cycle for one probe pulse. The processor 23 sets in the block 15 the setting levels of the threshold levels, generates control and installation signals to blocks 16, 17, 18 temporary selection, to the timer block 19 and counters 20, 21, 22; through the block 24 of the switches reads information from the counters, performs the accumulation of information, analysis, calculation and display of measurement results. The timer block 19 contains a quartz resonator (10-30 MHz) and generates triggering pulses given by the processor 23 for the duration on the shaper 7, the installation pulses on the level setting block 15, the control signals on the time selection blocks 16, 17, 18 and the time stamp pulses on the counters 20 , 21, 22. If moisture determination is not required, the scheme can be simplified. In this case, the duration of the reference signal is measured during tuning, the optimal threshold level is set on the comparator, and blocks 15, 16, counter 20 are excluded from the circuit.

Опорный и информационный сигналы проходят по одним и тем же электрическим цепям, и временные задержки сигналов и их изменения компенсируются. The reference and information signals pass along the same electrical circuits, and the time delays of the signals and their changes are compensated.

Общий вид измерительной головки показан на фиг. 3. A general view of the measuring head is shown in FIG. 3.

Ультразвуковые излучатели 8 установлены на кольце 25 в одной плоскости, причем приемник 11 и два излучателя 8 - на одной прямой, а третий - на перпендикуляре к этой прямой. Ультразвуковой приемник 11 установлен в центре кольца на несущей трубке 26. Кольцо 25 крепится к корпусу 27 головки на стойках 28, 29. На корпусе также установлен отражатель 10, отражающие поверхности которого имеют форму сегментов параболоида и фокусируют акустические сигналы на приемнике 11, повышая мощность приходящего на приемник сигнала. В корпусе 27 измерительной головки размещены платы формирователя 7 и платы усилителя 12. Проводники к ультразвуковым излучателям и приемнику проходят по трубкам (25, 26, 29), а сама измерительная головка связывается с блоками вычисления и управления кабелем необходимой длины. Ultrasonic emitters 8 are mounted on the ring 25 in one plane, with the receiver 11 and two emitters 8 on the same straight line, and the third on the perpendicular to this straight line. An ultrasonic receiver 11 is mounted in the center of the ring on the carrier tube 26. The ring 25 is attached to the head housing 27 on the uprights 28, 29. A reflector 10 is also installed on the housing, the reflective surfaces of which are in the form of paraboloid segments and focus acoustic signals on the receiver 11, increasing the power of the incoming to the signal receiver. Shaper boards 7 and amplifier boards 12 are located in the housing 27 of the measuring head. The conductors to the ultrasonic emitters and the receiver pass through the tubes (25, 26, 29), and the measuring head itself communicates with the cable calculation and control units of the required length.

Два излучателя и приемник установлены на одной прямой, что позволяет определять температуру, скорость и направление потока по одной из координат, а информация от третьего излучателя позволяет определять скорость и направление потока по второй оси координат. Так как все излучатели установлены в одной плоскости, то вертикальная составляющая скорости не измеряется и влияния на получаемые результаты не оказывает. Для определения вертикальной составляющей необходимо использовать четыре излучателя и более сложную пространственную схему расположения датчиков. Two emitters and a receiver are mounted on one straight line, which allows you to determine the temperature, speed and direction of flow in one of the coordinates, and information from the third emitter allows you to determine the speed and direction of flow in the second coordinate axis. Since all emitters are installed in one plane, the vertical component of the velocity is not measured and does not affect the results obtained. To determine the vertical component, it is necessary to use four emitters and a more complex spatial layout of the sensors.

Разработанная конструкция измерительной головки позволяет использовать минимальное количество ультразвуковых преобразователей, при этом в отличие от многих известных устройств не требуются переключатели приемопередатчиков. Применяемые в конструкции ультразвуковые излучатели и приемник имеют довольно узкие диаграммы направленности. The developed design of the measuring head allows the use of a minimum number of ultrasonic transducers, while unlike many known devices, transceiver switches are not required. The ultrasonic emitters and receiver used in the design have rather narrow radiation patterns.

Конструкция измерительной головки практически не создает препятствий на пути исследуемого горизонтального потока и позволяет проводить измерения в дождь и снег, так как все ультразвуковые преобразователи защищены корпусами и направлены вниз: излучатели под углом к вертикали, а приемник - вертикально. The design of the measuring head practically does not create obstacles to the horizontal flow under study and allows measurements in rain and snow, since all ultrasonic transducers are protected by housings and are directed downward: the emitters are at an angle to the vertical, and the receiver is vertical.

В устройстве может быть реализована схема с одним излучателем и тремя приемниками. В этом случае схема головки несколько усложняется и приемники меньше защищены от осадков, так как устанавливаются под углом к вертикали. Вместе с тем появляется возможность приема информации по трем каналам сразу, что позволяет качественно проводить измерения даже при резких изменениях скорости потока. The device can be implemented in a circuit with one emitter and three receivers. In this case, the head layout is somewhat complicated and the receivers are less protected from precipitation, as they are installed at an angle to the vertical. At the same time, it becomes possible to receive information through three channels at once, which allows high-quality measurements to be carried out even with sharp changes in the flow rate.

При измерении усредненных характеристик точность выше в первом случае, так как используется один приемный канал и погрешности, вносимые аппаратурой, минимальны. Первый вариант измерительной головки более устойчив к осадкам, так как преобразователи, работающие на излучение, способны очищаться при генерации акустического сигнала. When measuring the averaged characteristics, the accuracy is higher in the first case, since one receiving channel is used and the errors introduced by the equipment are minimal. The first version of the measuring head is more resistant to precipitation, since radiation converters can be cleaned when an acoustic signal is generated.

Электрические схемы макета измерителя реализованы на микросхемах 1108ПА1, 1801ВМ2, 597СА2, 590КН3, 544УД2, 537РУ10, 558РР2; счетчиках, регистрах, логических элементах 555 и 1533 серий. Electrical circuits of the meter layout are implemented on microcircuits 1108PA1, 1801VM2, 597SA2, 590KN3, 544UD2, 537RU10, 558RP2; counters, registers, logic elements 555 and 1533 series.

Макет измерителя, реализующего предлагаемый способ определения параметров потока, успешно выдержал испытания в составе комплекса аппаратуры экологического контроля в октябре-ноябре 1991 года. The prototype of the meter that implements the proposed method for determining flow parameters has successfully passed the tests as part of the environmental monitoring equipment complex in October-November 1991.

Испытания измерителя в климатических камерах в диапазоне температур от -40оС до +50оС подтвердили работоспособность измерителя во всем диапазоне температур, и результаты измерений совпали с данными поверенных термометров с делением шкалы 0,05'С. Сравнительная оценка показаний измерителя и анеморумбометра М-63 дали также идентичные результаты при усреднении за 10 мин.Test meter in climatic chambers at temperatures ranging from -40 C to +50 C. confirmed meter performance over the entire temperature range, and the measurement results coincided with the data Attorneys thermometer scale division 0.05 'C. Comparative evaluation of meter readings and recording directional anemometer M -63 also gave identical results when averaged over 10 min.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА, заключающийся в том, что с помощью ультразвукового излучателя формируют короткий акустический сигнал, пропускают его через поток под различными углами к его направлению, принимают и преобразуют его в информационный электрический сигнал, первый импульс которого сравнивают с заданным пороговым уровнем, не превышающим его пикового значения, определяют степень ослабления акустического сигнала и время его прохождения через поток, по которым судят о параметрах потока, отличающийся тем, что формируют опорный электрический сигнал по сигналу, возбуждающему ультразвуковой излучатель, сравнивают первый импульс опорного сигнала с заданным пороговым уровнем, не превышающим его пиковое значение, измеряют длительность первых импульсов опорного и информационного электрических сигналов на заданных пороговых уровнях, измеряют временной интервал между этими импульсами в момент достижения ими заданных пороговых уровней, о времени прохождения акустического сигнала через поток судят по временному интервалу между положениями экстремумов первых импульсов информационного и опорного электрических сигналов, который определяют из соотношения
T = Tи + (A · t2 - B · t1),
где T - время прохождения акустического сигнала через поток;
Tи - значение временного интервала между первыми импульсами информационного и опорного сигналов в момент достижения ими пороговых уровней;
A - коэффициент, зависящий от формы первого импульса информационного сигнала;
B - коэффициент, зависящий от формы первого импульса опорного сигнала;
t1 и t2 - измеренные значения длительностей первых импульсов соответственно опорного и информационного сигналов,
а степень ослабления акустического сигнала определяют по измеренной длительности информационного сигнала на нескольких пороговых уровнях.METHOD FOR DETERMINING FLOW PARAMETERS, which consists in the fact that using an ultrasonic emitter a short acoustic signal is generated, it is passed through the stream at various angles to its direction, it is received and converted into an information electric signal, the first pulse of which is compared with a predetermined threshold level not exceeding of its peak value, the degree of attenuation of the acoustic signal and the time of its passage through the stream are determined, according to which the flow parameters are judged, characterized in that they form The electrical signal from the signal exciting the ultrasonic emitter compares the first pulse of the reference signal with a predetermined threshold level that does not exceed its peak value, measures the duration of the first pulses of the reference and information electric signals at predetermined threshold levels, measures the time interval between these pulses at the moment they reach predetermined threshold levels, the transit time of the acoustic signal through the stream is judged by the time interval between the positions of the extrema of the first x pulses of information and reference electrical signals, which is determined from the ratio
T = T and + (A · t 2 - B · t 1 ),
where T is the transit time of the acoustic signal through the stream;
T and - the value of the time interval between the first pulses of the information and reference signals at the moment they reach threshold levels;
A is a coefficient depending on the shape of the first pulse of the information signal;
B is a coefficient depending on the shape of the first pulse of the reference signal;
t 1 and t 2 are the measured values of the durations of the first pulses, respectively, of the reference and information signals,
and the degree of attenuation of the acoustic signal is determined by the measured duration of the information signal at several threshold levels.
SU5059690 1992-06-26 1992-06-26 Method to determine flow parameters RU2029947C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5059690 RU2029947C1 (en) 1992-06-26 1992-06-26 Method to determine flow parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5059690 RU2029947C1 (en) 1992-06-26 1992-06-26 Method to determine flow parameters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2029947C1 true RU2029947C1 (en) 1995-02-27

Family

ID=21612070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5059690 RU2029947C1 (en) 1992-06-26 1992-06-26 Method to determine flow parameters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2029947C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2764609C1 (en) * 2021-04-30 2022-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Acoustic moisture meter for inclined and horizontal wells
EP4088122A4 (en) * 2020-01-11 2024-01-24 Li Cor Inc Wind sensor devices, systems, and methods

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент США N 3653259, кл. 73-194, 1972. *
2. Патент Франции N 2628216, кл. G 01P 5/22, 1989. *
3. Европейский патент N 0218293, кл. G 01P 5/00, 1987. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4088122A4 (en) * 2020-01-11 2024-01-24 Li Cor Inc Wind sensor devices, systems, and methods
RU2764609C1 (en) * 2021-04-30 2022-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Acoustic moisture meter for inclined and horizontal wells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sriram et al. Of technology
EP0572581B1 (en) Method and device for monitoring of a gas flow, in particular a natural-gas flow
Kartashov et al. Principles of construction and assessment of technical characteristics of multi-frequency atmospheric sodar in the humidity measurement mode
RU2029947C1 (en) Method to determine flow parameters
SE8005251L (en) PROCEDURE AND DEVICE FOR DETERMINING THE MASS CONCENTRATION OF PARTICLES IN A GASMED MEDIUM
US4353256A (en) Non-contact measurement of physical properties of continuously moving metal strip
US7181981B2 (en) Ultrasonic tomograph, system and method for ultrasonic tomographic measurement using same
US4493217A (en) Process and apparatus for measuring travel time differences of ultrasonic pulses for the determination of flow fields
RU206371U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
RU169800U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
EP0028540B1 (en) Method and apparatus for non-contact acoustic measurement of physical properties of continuously moving metal strip
JPH08201356A (en) Sonic velocity measuring method for solid material and ultrasonic probe
Suomi et al. Sonic anemometer-thermometer
Hanafusa et al. Single-head sonic anemometer-thermometer
RU215717U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
SU735923A1 (en) Ultrasonic flowmeter
SU1504520A1 (en) Method and apparatus for measuring velocity of ultrasound
RU2160887C1 (en) Ultrasonic flowmeter
SU580507A1 (en) Arrangement for measuring liquid and gas flow velocities
SU1603286A1 (en) Method of measuring parameters of normal waves in acoustic waveguides
SU813349A1 (en) Device for graduation and testing acoustic logging instruments
SU735989A1 (en) Device for ultrasonic inspection of materials
RU164305U1 (en) ACOUSTIC ANEMOMETER
SU1631409A1 (en) Method of testing ultrasonic echo-pulse instruments
SU1224586A1 (en) Method and apparatus for ultrasonic measurement of flow rate