RU2047097C1 - Method and device for measuring flow rate of liquid or gas - Google Patents
Method and device for measuring flow rate of liquid or gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2047097C1 RU2047097C1 RU92002519A RU92002519A RU2047097C1 RU 2047097 C1 RU2047097 C1 RU 2047097C1 RU 92002519 A RU92002519 A RU 92002519A RU 92002519 A RU92002519 A RU 92002519A RU 2047097 C1 RU2047097 C1 RU 2047097C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- amplifier
- measuring
- flow rate
- flow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений расхода жидкости или газа в трубопроводных магистралях. The invention relates to measuring technique and can be used to measure the flow of liquid or gas in pipelines.
Известны способы и устройства для измерений массового или объемного расхода с использованием зависимости времени распространения ультразвука в жидкой или газовой средах от скорости потока [1] содержащие электронные ключи для формирования коротких ультразвуковых сигналов, требуют широкополосных трактов передачи и приема этих сигналов, что в сочетании с значительным ослаблением сигнала между излучателем и приемником (-80 ЭБ и более) существенно усложняет устройство, в частности из-за мер, принимаемых с целью защиты от помех широкополосного и высокочувствительного канала приема и преобразования сигналов. Known methods and devices for measuring mass or volume flow using the dependence of the propagation time of ultrasound in a liquid or gas medium on the flow velocity [1] containing electronic keys for generating short ultrasonic signals, require broadband transmission and reception of these signals, which in combination with a significant attenuation of the signal between the emitter and the receiver (-80 EB or more) significantly complicates the device, in particular because of measures taken to protect against interference broadband th and highly sensitive channel for receiving and converting signals.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым способу измерения расхода жидкости или газа и устройству для его реализации является частотно-импульсный способ [2] используемый в ультразвуковом расходомере по измерению времени прохождения ультразвуковых дискретных сигналов в форме цугов в потоке жидкости или газа, в котором частота следования цугов пропорциональна скорости потока. The closest in technical essence to the proposed method for measuring the flow of liquid or gas and a device for its implementation is a pulse-frequency method [2] used in an ultrasonic flow meter for measuring the transit time of ultrasonic discrete signals in the form of trains in a liquid or gas stream in which the repetition rate The trains are proportional to the flow rate.
Формирование ультразвуковых цугов в этом ультразвуковом расходомере осуществляется также электронными ключами, причем дискретно-импульсное формирование сигнала происходит с неучтенными временными задержками, соизмеримыми с периодом следования и длительностью цугов, что снижает точность измерений. The formation of ultrasonic trains in this ultrasonic flow meter is also carried out by electronic keys, and discrete-pulse signal generation occurs with unaccounted for time delays, comparable with the repetition period and duration of the trains, which reduces the accuracy of the measurements.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности ультразвукового способа измерения расхода жидкости или газа и упрощение устройства, реализующего способ. The technical result, the solution of which the invention is directed, consists in increasing the accuracy of the ultrasonic method for measuring the flow of liquid or gas and simplifying the device that implements the method.
Для этого в способе измерения расхода жидкости или газа, заключающемся в формировании сигналов ультразвуковой частоты по потоку и против него и определении величины расхода по измерению разности времен распространения сигналов по потоку и против него, формирование сигналов осуществляют на различных некратных частотах, модулируют сформированные сигналы по частоте, пропорциональной времени их распространения, а измерение разности времен распространения сигналов осуществляют путем выделения модуляционных составляющих, смешивания их и выделения разностного сигнала биений. To do this, in the method of measuring the flow rate of a liquid or gas, which consists in generating ultrasonic frequency signals along the flow and against it and determining the flow rate by measuring the difference in the propagation times of the signals along the flow and against it, the signals are generated at various non-multiple frequencies, the generated signals are modulated in frequency proportional to the time of their propagation, and the measurement of the difference of the propagation times of the signals is carried out by isolating the modulation components, mixing them and highlighting the difference signal of the beats.
В устройство для реализации этого способа, содержащее измерительной отрезок трубопровода с калиброванным сечением и закрепленными на нем двумя сопряженными акустическими парами излучателей и приемников, включенными в соответствующие синхрокольца, состоящие из последовательно соединенных автогенератора и усилителя синхрокольца, подключенного к излучателю, а также блок регистрации, введены последовательно соединенные смеситель, первый усилитель, детектор и второй усилитель, подключенный выходом к входу блока регистрации, а в каждом синхрокольце сопряженные акустические пары излучатель и приемник выполнены с основной частотой резонанса, равной частоте автогенератора соответствующего синхрокольца, а также дополнительно введены, последовательно соединенные предварительный усилитель, подключенный входом к выходу приемника, детектор синхрокольца и модулятор, подключенный к второму входу усилителя синхрокольца, при этом выходы детекторов синхроколец подключены к соответствующим входам смесителя. Into a device for implementing this method, comprising a measuring section of a pipeline with a calibrated cross-section and two paired acoustic pairs of emitters and receivers fixed on it, included in the corresponding sync rings, consisting of a self-oscillator and a sync ring amplifier connected to the emitter in series, as well as a recording unit, introduced a series-connected mixer, a first amplifier, a detector, and a second amplifier connected by an output to the input of the registration unit, and in each a sync ring the paired acoustic pairs of the emitter and receiver are made with a fundamental resonance frequency equal to the frequency of the oscillator of the corresponding sync ring, and a preamplifier connected to the input to the output of the receiver, a sync ring detector and a modulator connected to the second input of the sync ring amplifier are also introduced in series, the outputs synchro ring detectors are connected to the corresponding inputs of the mixer.
На фиг.1 блок-схема конкретного примера устройства, реализующего способ измерения расхода жидкости или газа; на фиг.2 изображена электронная схема конкретного примера одного из синхроколец устройства, реализующего способ измерения расхода жидкости или газа. Figure 1 is a block diagram of a specific example of a device that implements a method for measuring the flow of liquid or gas; figure 2 shows an electronic circuit of a specific example of one of the synchro rings of a device that implements a method of measuring the flow of liquid or gas.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.
Каждое из синхроколец устройства, реализующего способ измерения расхода жидкости или газа, состоит из автогенератора ультразвуковых колебаний на транзисторе Т1 (фиг. 1) индуктивной трехточки, усилителя синхрокольца на транзисторах Т2 и Т3, где транзистор Т3 выполняет также роль модулятора и соединен с акустическим излучателем первого или второго синхрокольца U1 и U2 соответственно, акустического приемника Р1 и Р2, соответственно расположенного на расстоянии l1 и l2 от акустического излучателя U1 и U2 соответственно, причем каждая сопряженная акустическая пара излучатель и приемник выполнены с основной частотой резонанса, равной частоте автогенератора соответствующего синхрокольца, а их активные поверхности контактируют с жидкой или газообразной средой магистрали, предварительного усилителя на транзисторах Т4 и Т5 с входом, соединенным с выходом приемника акустического сигнала Р1 и Р2 соответственно, регулятора положительной обратной связи на потенциометре R1, детектора синхрокольца на диода D1 с фильтром высших гармоник модуляции R*C*, модуляционного трансформатора Тр, цепи смещения рабочей точки транзистора Т3, состоящей из потенциометра R2, вторичной обмотки модуляционного трансформатора Тр и резистора R3.Each of the synchro rings of a device that implements a method of measuring liquid or gas flow rate consists of an ultrasonic oscillation oscillator on a transistor T 1 (Fig. 1) of an inductive three-point, a sync ring amplifier on transistors T 2 and T 3 , where the transistor T 3 also acts as a modulator and with an acoustic emitter of the first or second synchro ring U 1 and U 2, respectively, of an acoustic receiver P 1 and P 2 , respectively, located at a distance l 1 and l 2 from the acoustic emitter U 1 and U 2, respectively, with each pairing This acoustic pair of emitter and receiver is made with a fundamental resonance frequency equal to the frequency of the oscillator of the corresponding sync ring, and their active surfaces are in contact with the liquid or gaseous medium of the line, a pre-amplifier on transistors T 4 and T 5 with an input connected to the output of the acoustic signal receiver P 1 and R 2, respectively, of the positive feedback regulator on the potentiometer R 1 , the sync ring detector on the diode D 1 with a filter of high harmonics of modulation R * C *, a modulation transformer T p , the bias circuit of the operating point of the transistor T 3 , consisting of a potentiometer R 2 , the secondary winding of the modulation transformer T p and the resistor R 3 .
Элементами синхроколец на блок-схеме (фиг.2) являются автогенераторы 1 и 2, усилители 3 и 4 синхроколец, соединенные с акустическими излучателями U1 и U2, сопряженные с каждым из них акустические приемники Р1 и Р2 соответственно, причем акустические излучатели U1 и U2 и приемники Р1 и Р2 закреплены на отрезке трубы 5 так, что проекция направления луча А от излучатетеля U1 к приемнику Р1 на ось трубы 5 противоположная по направлению проекции луча В от излучателя U2 к приемнику Р2 на эту ось.Elements of the synchro rings in the block diagram (Fig. 2) are self-
Акустические приемники Р1 и Р2 соединяются соответственно с последовательной цепью из предварительного усилителя 6, 7, детектора 8, 9 синхрокольца, модулятора 10, 11. занимающего синхрокольцо на усилителе 3, 4 синхрокольца.Acoustic receivers P 1 and P 2 are connected respectively to a serial circuit from a preamplifier 6, 7, a sync ring detector 8, 9, a modulator 10, 11. occupying a sync ring on a sync ring amplifier 3, 4.
Выходы детекторов 8 и 9 синхрокольца соединены соответственно с входами смесителя 12, выход которого соединен с последовательной цепью, состоящей из первого усилителя 13, детектора 14, второго усилителя 15 и блока 16 регистрации, например, частотомером или счетчиком импульсов с оцифрованной шкалой или таблом. The outputs of the detectors 8 and 9 of the synchro ring are connected respectively to the inputs of the mixer 12, the output of which is connected to a serial circuit consisting of a first amplifier 13, a detector 14, a second amplifier 15 and a recording unit 16, for example, a frequency counter or pulse counter with a digitized scale or board.
Работа каждого синхрокольца происходит следующим образом. The work of each sync ring is as follows.
Напряжение от автогенератора несущей ультразвуковой частоты подается на затвор транзистора Т2 (фиг.1) и после предварительного усиления подается на затвор транзистора Т3, рабочая точка которого смещена в начало вольт-амперной характеристики отрицательным напряжением, которое устанавливается потенциометром R2. После усиления на транзисторе Т3 усилителя синхрокольца напряжение несущей частоты подается на акустический излучатель U1, U2, основная частота резонанса которого совпадает с несущей частотой соответствующего автогенератора, частоты которых между собой некратны. Излучатель U1 или U2 излучает сигнал ультразвуковой частоты, интенсивность которого максимальна за счет того, что несущая частота равна основной частоте резонанса акустического излучателя U1 или U2. Поскольку несущие частоты синхроколец совпадают также и с основной частотой резонанса приемников Р1 или Р2 соответственно, то затухание акустического сигнала в жидкой или газообразной среде за счет рассеяния существенно компенсируется. Кроме того, в результате избирательного резонансного приема акустического сигнала в узкой полосе частот интермодуляционные помехи между синхрокольцами существенно подавляются благодаря некратности несущих частот между собой.The voltage from the oscillator of the carrier of the ultrasonic frequency is supplied to the gate of the transistor T 2 (Fig. 1) and after preliminary amplification is supplied to the gate of the transistor T 3 , the operating point of which is offset to the beginning of the current-voltage characteristic by a negative voltage, which is set by the potentiometer R 2 . After amplification of the sync ring amplifier on the transistor T 3 , the carrier frequency voltage is supplied to the acoustic emitter U 1 , U 2 , the main resonance frequency of which coincides with the carrier frequency of the corresponding oscillator, the frequencies of which are multiple. The emitter U 1 or U 2 emits a signal of ultrasonic frequency, the intensity of which is maximum due to the fact that the carrier frequency is equal to the fundamental resonance frequency of the acoustic emitter U 1 or U 2 . Since the carrier frequencies of the synchro-rings also coincide with the main resonance frequency of the receivers P 1 or P 2, respectively, the attenuation of the acoustic signal in a liquid or gaseous medium due to scattering is substantially compensated. In addition, as a result of selective resonant reception of an acoustic signal in a narrow frequency band, intermodulation interference between the synchro rings is significantly suppressed due to the multiple carrier frequencies between them.
Принятый акустический сигнал с приемника Р1 или Р2 поступает на затвор транзистора Т4 и после предварительного усиления и повторения на транзисторе Т5 детектируется диодом синхрокольца D1.The received acoustic signal from the receiver P 1 or P 2 is fed to the gate of the transistor T 4 and after preliminary amplification and repetition on the transistor T 5 is detected by a sync ring diode D 1 .
Положительная обратная связь самовозбуждения на низкой частоте модуляции возникает при достаточном уровне сигнала в цепи модулятора транзистора Т3, когда фаза модуляции несущей частоты совпадает с фазой низкой частоты на выходной обмотке модуляционного трансформатора Тр, что достигается, когда фазы модуляции на акустическом излучателе U1, U2 и приемнике Р1, Р2 совпадают (фиг. 1а) либо противоположны (фиг.1б) в зависимости от включения концов выходной обмотки модуляционного трансформатора Тр, т.е. отдельно для ряда четных гармоник (n 2,4,6.) и ряда нечетных гармоник (n 1,2,3.), что соответствует частоте модуляции
fм= · n (1) где С скорость ультразвука, несущей частоты в жидкой или газовой среде; λм длина волны модуляционной огибающей; l расстояние от излучателя до приемника; n номер гармоники.Positive feedback of self-excitation at a low modulation frequency occurs when the signal level in the modulator circuit of the transistor T 3 is sufficient, when the phase of the carrier frequency modulation coincides with the low-frequency phase on the output winding of the modulation transformer T p , which is achieved when the modulation phase on the acoustic emitter U 1 , U 2 and receiver P 1 , P 2 coincide (Fig. 1a) or opposite (Fig. 1b) depending on the inclusion of the ends of the output winding of the modulation transformer T p , i.e. separately for a number of even harmonics (
f m = · N (1) where C is the speed of ultrasound, the carrier frequency in a liquid or gas medium; λ m wavelength of the modulation envelope; l distance from the emitter to the receiver; n harmonic number.
Фильтрация высших гармоник каждого ряда частот fм осуществляется подбором емкости конденсатора С* и сопротивления R* при определенном пороговом значении глубины модуляции, которая настраивается потенциометром R1.Filtering the higher harmonics of each frequency series f m is carried out by selecting the capacitor C * and the resistance R * at a certain threshold value of the modulation depth, which is adjusted by the potentiometer R 1 .
В результате подавления высших гармоник модуляции и настройки порога возбуждения потенциометров R1, возбуждение модуляции осуществляется только на наинизшей частоте модуляции, которая обратно пропорциональна времени задержки сигнала на трассе между акустическим излучателем и сопряженным с ним приемником и, следовательно, прямопропорциональной скорости распространения ультразвука, т.е.As a result of suppressing the higher harmonics of the modulation and adjusting the excitation threshold of the potentiometers R 1 , the modulation is excited only at the lowest modulation frequency, which is inversely proportional to the delay time of the signal along the path between the acoustic emitter and the associated receiver and, therefore, a directly proportional to the ultrasound propagation velocity, t. e.
fм= · m (2) где m принимает два взаимоисключающих значения 1 или 2 в зависимости от включения концов выходной обмотки модуляционного трансформатора.f m = · M (2) where m takes two mutually
Скорость ультразвука между излучателем и приемником и приемником по направлению потока С1 равна
С1 Со + v˙cos α 1, (3) a против потока С2 равна
С2 Со v˙cos α 2, (4) где Со скорость ультразвука в неподвижной среде; v скорость потока; α 1 и α 2 углы проекции скорости потока на направление распространения ультразвука от акустического излучателя до приемника (фиг.2) соответственно направления А и направления В.The speed of ultrasound between the emitter and the receiver and the receiver in the direction of flow With 1 is
С 1 С о + v˙cos α 1 , (3) a against the flow of С 2 is
С 2 С о v˙cos α 2 , (4) where С о is the speed of ultrasound in a stationary medium; v flow rate; α 1 and α 2 are the projection angles of the flow velocity on the direction of ultrasound propagation from the acoustic emitter to the receiver (Fig. 2), respectively, of direction A and direction B.
После подачи отфильтрованного сигнала модуляции с детекторов 8 и 9 синхрокольца на смеситель 12 на выходе последнего возникают биения с разностной частотой Δ f в функции от скорости потока
Δf fм1-f + cos α1+ cos
(5)
Настройкой расстояний l1 и l2 в статическом состоянии жидкости или газа (v 0) добиваются нулевых биений Δ f 0, что соответствует равенству l1 l2 l, в результате чего частота биений оказывается прямопропорциональной скорости потока v с точностью до аддитивной величины нулевых биений и не зависит от скорости распространения ультразвука в среде, т.е.After applying the filtered modulation signal from the detectors 8 and 9 of the synchro ring to the mixer 12, beats with a difference frequency Δ f as a function of the flow rate occur at the output of the latter
Δf f m1 -f + cos α 1 + cos
(5)
By setting the distances l 1 and l 2 in the static state of a liquid or gas (v 0), zero beats Δ f 0 are achieved, which corresponds to the equality l 1 l 2 l, as a result of which the beat frequency is directly proportional to the flow velocity v accurate to the additive value of zero beats and does not depend on the propagation velocity of ultrasound in the medium, i.e.
Δf (cos α1+cos α2)·v
(6)
После усиления на первом усилителе 13, выделения частоты биений на детекторе 14 и усиления на втором усилителе 15 сигнал с частотой биений Δ f поступает на блок 16 регистрации.Δf (cos α 1 + cos α 2 ) v
(6)
After amplification on the first amplifier 13, isolation of the beat frequency at the detector 14 and amplification on the second amplifier 15, the signal with the beat frequency Δ f is supplied to the recording unit 16.
Если в качестве блока регистрации используется, например, частотомер, то его показания будут пропорциональны секундному расходу. Если используется счетчик импульсов с непрерывным счетом, то его показания будут пропорциональны расходу за время счета. If, for example, a frequency meter is used as a recording unit, then its readings will be proportional to the second flow rate. If a pulse counter with a continuous count is used, then its readings will be proportional to the flow rate during the count.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92002519A RU2047097C1 (en) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | Method and device for measuring flow rate of liquid or gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92002519A RU2047097C1 (en) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | Method and device for measuring flow rate of liquid or gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU92002519A RU92002519A (en) | 1995-01-09 |
RU2047097C1 true RU2047097C1 (en) | 1995-10-27 |
Family
ID=20131095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU92002519A RU2047097C1 (en) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | Method and device for measuring flow rate of liquid or gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2047097C1 (en) |
-
1992
- 1992-10-27 RU RU92002519A patent/RU2047097C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Гурвич В.М. и Труман С.Г. Современные ультразвуковые расходомеры. М., 1984, с. 46 /Обзор информ./ ЦНИИТЭ Приборостроение, ТС - 6, вып. 4. * |
2. Измерение в промышленности. Справочник, кн. 2 /Под ред. П.Профса, М.: Металлургия, 1990, с. 220 - 221. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3762221A (en) | Measurement of fluid flow rates | |
USRE28686E (en) | Measurement of fluid flow rates | |
RU2047097C1 (en) | Method and device for measuring flow rate of liquid or gas | |
JPH0452586A (en) | Distance measuring apparatus | |
JPS5919814A (en) | Microwave flow meter | |
US4183245A (en) | Synchronous frequency-to-voltage converter for doppler apparatus | |
RU2020474C1 (en) | Device for determining concentration of free gas in liquid | |
JP2760079B2 (en) | Ultrasonic sensor | |
SU672494A1 (en) | Single-channel compensation-type flowmeter | |
SU1384961A1 (en) | Device for measuring velocity of ultrasound waves | |
SU564601A1 (en) | Medium flow rate ultrasound meter | |
SU1205007A1 (en) | Apparatus for measuring propagation rate and absorption ratio of ultrasound | |
SU794531A1 (en) | Ultrasonic phase meter of flow rate | |
JPH05203732A (en) | Range finder | |
SU413387A1 (en) | ||
JPS58176522A (en) | Ultrasonic current meter | |
Lisitano | Automatic Phase‐Measuring System for an 8‐mm Carrier Wave and its 4‐mm Harmonic | |
SU994929A1 (en) | Device for touch-free measuring of vibration rate | |
SU753271A1 (en) | Device for measuring speed of ultrasound | |
RU2039368C1 (en) | Method of distance measurement and device for its implementation | |
SU1599659A1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
RU2020472C1 (en) | Device for determining concentration of free gas in liquid | |
SU861968A1 (en) | Speed of sound meter | |
SU609962A1 (en) | Ultrasonic flowmeter | |
SU390356A1 (en) | METHOD OF MEASUREMENT OF THICKNESS OF MATERIALS |