RU2549245C1 - Способ определения скоростей в движущейся среде - Google Patents
Способ определения скоростей в движущейся среде Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549245C1 RU2549245C1 RU2014151904/93A RU2014151904A RU2549245C1 RU 2549245 C1 RU2549245 C1 RU 2549245C1 RU 2014151904/93 A RU2014151904/93 A RU 2014151904/93A RU 2014151904 A RU2014151904 A RU 2014151904A RU 2549245 C1 RU2549245 C1 RU 2549245C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- transducer
- medium
- speed
- propagation
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно предназначено для использования в системах контроля и измерения скорости и расхода жидких и газообразных продуктов. Оно может быть использовано при транспортировке топливных продуктов, в водоснабжении, медицинской технике, а также в океанографии при измерении скорости течений в морях и океанах. Технический результат изобретения -повышение точности измерения при контроле параметров потока. Точность измерения скорости потока можно повысить, зная скорость распространения звука в среде и величины задержек в электронных схемах и акустических преобразователях.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, и может быть использовано для определения скоростей потоков жидкостей и газов как в открытых средах (реки, моря и т.п.), так и в закрытых (каналы, скважины, трубопроводы и т.п.), а также для прецизионного измерения расходов и точного весового учета количества различных жидких и газообразных сред, протекающих по трубопроводам.
Известен ряд способов определения скорости потока, основанных на исключении из процесса измерения скорости распространения звука (ультразвука) в среде. Известен ультразвуковой способ измерения скорости потока среды в трубопроводе [1], согласно которому используют расположенные на противоположных стенках трубопровода излучающий преобразователь и два приемных преобразователя. Осуществляют излучение ультразвуковых импульсов по направлению потока жидкости и против направления потока, симметрично под заданным углом. Принимают прошедшие поток импульсы и сравнивают их. Вводят компенсирующее воздействие путем перестройки акустической базы, причем начинают его с момента выделения первого импульса одним из приемников и заканчивают его по достижении равенства отрезков времени распространения импульсов по направлению потока и против него. О величине измеряемой скорости судят по величине компенсирующего воздействия.
Сходными с признаками заявленного изобретения являются такие признаки аналога: излучение звуковых импульсов по направлению потока и против потока, прием излученных импульсов и преобразование их в электрические сигналы, измерение времени распространения импульсов от источника излучения до приемника импульсов.
Недостатком рассматриваемого аналога является сложность электромеханического канала для определения эквивалентной акустической базы.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков и по технической сущности является способ измерения скоростей в движущейся среде [2], выбранный в качестве прототипа. Способ заключается в том, что в потоке среды жестко устанавливают излучатель звука между двумя приемниками звука на неравных базовых расстояниях DO и DП. Излучают звуковую волну против направления движения среды и по направлению движения и принимают излучаемую волну двумя приемниками. Преобразуют принятые звуковые сигналы в электрические. Формируют узкие импульсы в моменты перехода через "О" излучаемого и принятых электрических сигналов. Измеряют времена запаздывания ТО и ТП между узкими импульсами излучаемого и принятых сигналов (между моментами посылки и приема). И по математическим выражениям, основанными на использовании значений DО, DП, ТΌ и ТП, вычисляют значения скорости потока и скорости распространения звука в потоке.
Сходными с признаками заявленного изобретения являются такие признаки прототипа: излучение звуковой волны по направлению потока среды и против направления потока, прием излученных звуковых сигналов, преобразование их в электрические сигналы, вычисление значений скорости потока среды и скорости распространения звука в среде.
Достоинствами прототипа является исключение нестабильной скорости распространения звука из процесса измерения скорости потока и универсальность способа.
Недостатком прототипа является то, что в нем не учитываются временные задержки на преобразование сигналов в измерительных схемах и акустических преобразователях. Но эти временные задержки могут приводить к дополнительным погрешностям при прецизионных измерениях скорости потока, что обусловливает недостаточную точность измерений. Фактически, во всех известных одноканальных акустических измерителях дополнительно устанавливаются преобразователи, позволяющие измерять скорость звука в среде.
Кроме того, необходимость использования излучателя и двух приемников, устанавливаемых друг от друга на двух неравных базовых расстояниях, значительно усложняет техническую реализацию прототипа.
В основу изобретения поставлена задача создания универсального (пригодного для широкого перечня жидких и газообразных сред) способа определения скоростей в движущейся среде, который обеспечивает возможность использования текущего значения скорости звука, получаемого при одновременном измерении скорости потока, для более точного измерения массового (весового) расхода перемещаемой среды, и совокупность существенных признаков которого обеспечивает новое техническое свойство - устранение фактора влияния на результат измерений скоростей в движущейся среде временных задержек на преобразование сигналов, вызванных измерительными схемами и преобразователями.
Указанное новое свойство обусловливает достижение технического результата изобретения - повышение точности измерений.
Дополнительным техническим результатом является упрощение технической реализации определения скоростей.
Поставленная задача, решается тем, что в способе определения скоростей в движущейся среде, согласно которому излучают звуковую волну по направлению потока среды и против направления потока, принимают излученные звуковые сигналы, преобразуют их в электрические и определяют значения скорости потока среды и скорости распространения звука в среде, новым является то, что излучение и прием сигналов осуществляют двумя преобразователями, размещенными в потоке на расстоянии L, измеряют значения τ11 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго, τ12 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго плюс время возвращения отраженного от второго преобразователя сигнала обратно к первому преобразователю, измеряют значения τ21 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого, τ22 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого плюс время возвращения отраженного от первого преобразователя сигнала обратно ко второму преобразователю, рассчитывают текущее значение С1 скорости распространения звука в среде по выражению
повторяют цикл излучения и приема сигналов и измеряют значения τ31 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго, τ32 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго плюс время возвращения отраженного от второго преобразователя сигнала обратно к первому преобразователю, измеряют значения τ41 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого, τ42 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого плюс время возвращения отраженного от первого преобразователя сигнала обратно ко второму преобразователю, рассчитывают текущее значение С2 скорости распространения звука в среде для второго цикла измерений по выражению
вычисляют значение С скорости распространения звука в среде как среднее арифметическое значений С1 и С2 вычисляют текущие значения V1 и V2 скорости потока среды, соответственно для первого и второго циклов измерений, по системе выражений
где τm - сумма значения задержки преобразования электрического сигнала в акустический сигнал первым преобразователем и значения задержки преобразования акустического сигнала в электрический сигнал вторым преобразователем;
τn - сумма значения задержки преобразования электрического сигнала в акустический сигнал вторым преобразователем и значения задержки преобразования акустического сигнала в электрический сигнал первым преобразователем,
и вычисляют значение V скорости потока среды как среднее арифметическое значений V1 и V2.
Сущность заявленного способа, основанного на исключении из процесса измерения скорости распространения звука в среде, поясняется на конкретном примере его осуществления.
Рассмотрим случай, когда пьезопреобразователи расположены в жидкой среде. Расстояние между ними равно L, а скорость звука в среде - С. Первый пьезопреобразователь имеет задержку сигнала при передаче τ1 и задержку сигнала при приеме τ4. Второй пьезопреобразователь имеет задержку сигнала при передаче τ3 и задержку сигнала при приеме τ2. Величину времени τL1 распространения сигнала по потоку и времени τL2 распространения сигнала против потока можно выразить как:
где V- скорость потока.
Время τ11 излучения сигнала первым преобразователем, прохождения сигнала от первого пьезопреобразователя до второго пьезопреобразователя и приема сигнала вторым преобразователем равно
Время τ21 излучения сигнала вторым преобразователем, прохождения сигнала от второго пьезопреобразователя до первого пьезопреобразователя и приема сигнала первым преобразователем равно
Время τ12 излучения сигнала первым преобразователем, прохождения сигнала от первого пьезопреобразователя до второго пьезопреобразователя и назад и приема сигнала первым преобразователем равно
Время τ22 излучения сигнала вторым преобразователем, прохождения сигнала от второго пьезопреобразователя до первого пьезопреобразователя и назад и приема сигнала вторым преобразователем равно
Сумму времен сигналов τ11 и τ21 (при V2<<С2) можно записать как:
а сумму времен сигналов τ21 и τ22:
где τЗадержки=τ1+τ2+τ3+τ4.
Из разности величин (τ11+τ21) и (τ12+τ22) определим величину скорости C1 распространения ультразвука по формуле (1). Измерение величины скорости потока V организуют циклически с временным разделением. В первом и втором цикле измерения, которые длятся миллисекунды^ по измеренным параметрам τ11, τ21, τ31, τ41 определяются скорости V1 и V2 из системы уравнений (3). С учетом того, что задержки τm и τn в основном изменяются от температуры и на практике определено, что их постоянная времени лежит в пределах нескольких минут, можно считать, что за два цикла измерения τm=const и τn=const. Также принимаем, что в пределах двух циклов измерения скорость звука в жидкости не изменилась.
Следовательно, используя систему уравнений (3) и вычисленное значение скорости звука в жидкости по уравнению:
где C1 - скорость звука, вычисленная по формуле (1) для первого цикла,
С2 - скорость звука, вычисленная по формуле (2) для второго цикла, определяем величины V1 и V2 в пределах двух циклов измерения. Средняя величина 
скорости течения в этих пределах определяется, как:
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР № 1068716, класс G 01 F 1/66, приоритет 02.06.1981, опубликовано 23.01.1084.
2. Патент Российской Федераций № 2167433, класс G 01 S 15/00, G 01 F 1/66, приоритет 26.06.1997, опубликовано 20.05.2001 - прототип.
Claims (1)
- Способ определения скоростей в движущейся среде, основанный на исключении из процесса измерения скорости распространения звука в среде, заключающийся в том, что излучают звуковую волну по направлению потока среды и против направления потока, принимают излученные звуковые сигналы, преобразуют их в электрические и определяют значения скорости потока среды и скорости распространения звука в среде, отличающийся тем, что излучение и прием сигналов осуществляют двумя преобразователями, размещенными в потоке на расстоянии L, измеряют значения τ11 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго, τ12 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго плюс время возвращения отраженного от второго преобразователя сигнала обратно к первому преобразователю, измеряют значения τ21 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого, τ22 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого плюс время возвращения отраженного от первого преобразователя сигнала обратно ко второму преобразователю, рассчитывают текущее значение С1 скорости распространения звука в среде по выражению
повторяют цикл излучения и приема сигналов и измеряют значения τ31 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго, τ32 - время распространения сигнала от первого преобразователя до второго плюс время возвращения отраженного от второго преобразователя сигнала обратно к первому преобразователю, измеряют значения τ41 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого, τ42 - время распространения сигнала от второго преобразователя до первого плюс время возвращения отраженного от первого преобразователя сигнала обратно ко второму преобразователю, рассчитывают текущее значение С2 скорости распространения звука в среде для второго цикла измерений по выражению
вычисляют значение С скорости распространения звука в среде как среднее арифметическое значений С1 и С2, вычисляют текущие значения V1 и V2 скорости потока среды, соответственно для первого и второго циклов измерений, по системе выражений
где τm - сумма значения задержки преобразования электрического сигнала в акустический сигнал первым преобразователем и значения задержки преобразования акустического сигнала в электрический сигнал вторым преобразователем;
τn - сумма значения задержки преобразования электрического сигнала в акустический сигнал вторым преобразователем и значения задержки преобразования акустического сигнала в электрический сигнал первым преобразователем,
и вычисляют значение V скорости потока среды как среднее арифметическое значений V1 и V2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151904/93A RU2549245C1 (ru) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Способ определения скоростей в движущейся среде |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151904/93A RU2549245C1 (ru) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Способ определения скоростей в движущейся среде |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2549245C1 true RU2549245C1 (ru) | 2015-04-20 |
Family
ID=53289628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014151904/93A RU2549245C1 (ru) | 2014-12-18 | 2014-12-18 | Способ определения скоростей в движущейся среде |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2549245C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106932040A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-07-07 | 浙江正泰仪器仪表有限责任公司 | 一种气体流量的计量方法 |
-
2014
- 2014-12-18 RU RU2014151904/93A patent/RU2549245C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106932040A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-07-07 | 浙江正泰仪器仪表有限责任公司 | 一种气体流量的计量方法 |
| CN106932040B (zh) * | 2017-03-14 | 2019-06-21 | 浙江正泰仪器仪表有限责任公司 | 一种气体流量的计量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2657343C2 (ru) | Расходомер с улучшенным временем прохождения сигнала | |
| JP6727308B2 (ja) | 改良型ビーム整形音響信号伝搬時間差式流量計 | |
| JP5321106B2 (ja) | 超音波計測器 | |
| RU2660011C1 (ru) | Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом | |
| RU2549245C1 (ru) | Способ определения скоростей в движущейся среде | |
| JP2017187310A (ja) | 超音波流量計 | |
| RU2649421C1 (ru) | Ультразвуковой расходомер с металлическим датчиком | |
| RU2562001C1 (ru) | Способ поверки доплеровского измерителя скорости течений | |
| RU2593622C1 (ru) | Способ измерения радиальной скорости объекта по его шумоизлучению | |
| RU2339915C1 (ru) | Способ определения расхода компонентов двухфазного потока и система для его осуществления | |
| RU172103U1 (ru) | Ультразвуковой расходомер с металлическим датчиком | |
| RU2478917C2 (ru) | Расходомер жидких сред в безнапорных трубопроводах | |
| RU2801203C1 (ru) | Способ акустического измерения скорости звука и потока жидкости или газа при изменении окружающей температуры | |
| RU2791667C1 (ru) | Способ ультразвукового измерения параметров газовоздушных гомогенных потоков | |
| JPS6040916A (ja) | 超音波流速・流量計の温度変化誤差の補正法 | |
| Biernacki et al. | Non-invasive Ultrasound Doppler Effect Based Method of Liquid Flow Velocity Estimation in Pipe | |
| RU2333499C2 (ru) | Акустический способ измерения скорости и направления потока жидкости или газа и устройство (его варианты) для его осуществления | |
| RU2410647C1 (ru) | Способ измерения расхода жидких сред и ультразвуковой расходомер (варианты) | |
| SU684349A1 (ru) | Ультразвуковой измеритель давлени в жидких средах | |
| SU718787A1 (ru) | Способ определени составл ющих скорости течени жидкости или газа | |
| RU2375707C1 (ru) | Способ контроля наличия газа в потоке жидкости (варианты) | |
| RU2411456C1 (ru) | Расходомер жидких и газовых сред в напорных трубопроводах | |
| EA043606B1 (ru) | Усовершенствованный времяпролетный расходомер с формированием луча звукового сигнала |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191203 |