SU1068716A1 - Ультразвуковой способ измерени скорости потока и расходомер дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Ультразвуковой способ измерени  скорости потока,включающий излу .чение ультразвуконлх импульсов в направлении потока жидкости и против него, прием прсииедашх поток импульсов , сравнение их и введение компенсирующего воздействи  путем перест .рЬйки а1кустической базы, по величине которого суд т о величине измер емой скорости, отличающи йс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, компенсирук аее воздействие начинают с момента выделени  первого йЫпульса одним из приемников и заканчивают по достижении равенства отрезков времени распространени  импульсов по потоку и против него.§

Description

Ж

00 1

//

rfck

2. Ультразвуковой расходомер, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода излучающий преобразователь/ подключенный к генератору зондирующих импульсов, и два приемных преобразовател , подключенные через приемные усилители к схеме сравнени , выход которой чет рез усилитель подключен к блоку электромеханической .перестройки, а также индикатор расхода, о т л и ча .ющий с  тем, что, с целью повышени  точности, в него дополнительно введены преобразователь линейного перемещени  в частоту, управл емый делитель частоты и измеритель временного интервала, а схема сравнени  выполнена в виде двух формирователей, двух триггеров, схемы взаимногозапрета и пол рного

детектора, причем входы формирователей подключены к выходам приемных усилителей, их выходы через триггеры подключены к входам схемы взаимного запрета и пол рного детектора, выходы схемы взаимного запрета подключен к управл ющим входам триггеров, первый вход измерител  временных интервалов подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, его второй вход подключен к выходу одного из формирователей, а выход - к первому входу управл емого делител  частоты, второй вход которого через преобразователь линейного перемещени  подключен к приемному преобразователю, установленному в направлении по потоку с возможностью линейного перемещени  выход упрсшл емого делител  частоты подключен к индикатору расхода..

1

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к расходометрии , и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей , химической., гидрометаллургической и в других отрасл х промышленности дл  прецизионного измерени  расходов и точного учета количества различных сред.

Известен ультразвуковой способ измерени  скорости потока среды, заключающийс  в излучении ультразвуковых колебаний в направлении потока среды и против него, приеме прошедших поток .импульсов и измерении разности времени распространени  импульсов по потоку и Против него, пропорциональной скорости noTOKaflJ,

Известен ультразвуковойрасходомер , реализующий способ, содержащий .излучающий преобразователь, подключенный к генератору, два приемных преобразовател , выходы которых через формирователи временных интервалов . и функциональные преобразователи подключены к решающему устройству и индикатору Cl.

. Недостатком способа и устройства  вл етс  низка  точность при измерении малых временных интервалов.

Наиболее близким по технической сущности н предлагаемому  вл етс  способ измерени  -скорости потока, включающий излучение ультразвуковых импульсов в направлении потока и против него, прием прошедших поток импульсов, их амплитудное сравнение и введение компенсирующего воздействи  путем перестройки акустической

базы, по величинекоторого суд т об измер емой скорости 2 J.

Известно устройство дл  реализации предлагаемого способа, содер а5 щее расположенные на противоположных стенках трубопровода излучающий преобразователь , подключенный к генератору зондирующих импульсов и два приемных преобразовател , подключенQ ные через приемные усилители к схеме сравнени , выход которой через усилитель подключен к блоку электромеханической перестройки, осуществл ющему механическое перемещение излуг чающего преобразовател , а также индикатор перемещени  Гз.

Известные споооб и устройство не обеспечивают достаточную точность измерени  из-за погрешности амплитудного сравнени  прин тых импульсов.

0 Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно ультразвуковому способу измерени  скорости потока, включаю5 тему излучение ультразвуковых импульсов в направлении потока и против него , прием прошедших поток импульсов, сравнение их и введение компенсирующего воздействи  путем перестройки

0 акустической базы, по 1величине которого суд т о величине измер емой

скорости; компенсирующее воздействие начинают с момента выделени  первого импульса одним из приемников и закан5 чивают по достижении равенства отрезков времени распространени  импульсов по потоюу И против него.

Кроме того, ультразвуковой расходомер , содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровод излучающий преобразователь, подключенный к генератору зондирующих им пульсов , и два приемных преобразова тел , подключенные через приемные усилители к схеме сравнени , выход которой через усилитель подключен к блоку электромеханической перестройки/ а также индикатор расхода, дополнительно снабжен преобразователем линейного переглещени  в часто ту, управл емым делителем временного интервала, а схема сравнени  в нем выполнена в виде двух формирователей , двух триггеров, схег« взаимного запрета и пол рного детек тора, причем входы формирователей подключены к выходам приемных-усилителей , их выходы через триггеры подключены к входам схемл взаимного запрета и пол рного детектора, выходы cxeNH взаимного запрета подключены к управл ющим входам триггеров , первый вход измерител  временных интервалов подключен к выходу генератора зондирующих импульсов его второй вход подключен к выходу одного из формирователей, а выход к первому входу управл емого .делите л  частоты, второй вход которого через преобразователь линейного перемещени  в частоту подключен к при емному преобразователю, установленному в направлении по потоку с врзможностью линейного перемещени , вы ход управл емого делител  частопл подключен к индикатору расхода. Сущность ультразвукового способа измерени  скорости потока заключает в следукацем. При симметрично расположенных от носительно оси трубопровода акустических базах сул1марную скорость рас пространени  ультразвука по потоку среды и против потока можно предста вить в виде L , С + V С05 oL г.г ; (1) Т ро -At С - V COS оС Тро+ at . где С - скорость ультразвука в измер емой среде; V - скорость потока среды; оС - угол между осью потока и направлением распространени  ультразвука Ii - акустическа  база} TPQ- врем  расположени  ультразвука в акустическом канал при нулевой скорости поток среды; ut - временной интервал, обусло ленный скоростью потока cp ды. Дл  выполнени  услови  равенства ремени распространени  ультразвука обоих измерительных каналах .неободимо перемещение перестраиваемого реобразовател  на величину акустиеской базы, эквивалентную временному нтервалу + t, обусловленную скоротью потока среды. При этом выполн тс  условие взаимного равенства вреени распространени  ультразвука по отоку среды и против него Тр - Трд, - Тр, где Тр,,, Тр2 - времена распространени  ультразвука в- одном и, соответственно в другом направлении; Тр - врем  распространени , удовлетвор ющее критерию работы расходомера . Уравнени  (1) и (2) принимают при этом вид . LI cos ot ггL - 4 L с - V cosoL где ДЬ - приращение длины акустической базы, эквивалентное временному интервалу + вычитании уравнени  Т4) из ( 3) получим 2 V cos oL откуда 2 cos di. Т. В уравнении (5) отсутствуют параметры временного интервала, пропорционального скорости потока среды, абсолютной величины акустической базы и скорости распространени  ультразвука в измер емой среде. На чертеже представлена блок-схема устройства дл  реализации предлагаемого способа. Импульсный ультразвуковой-расходомер содержит генератор 1 зондирующих импульсов, подключенный к излучающему преобразователю 2 с двухлучевой диаграммой направленности, два приемных преобразовател  3 и 4, расположенных в створе каждого из ультразвуковых лучей, причем первый преобразователь 3 закреплен .неподвижно , а второй преобразователь 4 может перемещатьс  вдоль оси ультразвукового луча, усилители 5 и 6, вxoдa и подключенные к приемным преобразовател м 3 и 4, а выходами через формирователи 7 и 8 коротких импульсов - к триггерам 9 и 10, св занным между собой схемой 11 взаим- 5 ного запрета. К выходам триггеров 9 и 10 подключены входы пол рного детектора 12, который через усилитель

13посто нного тока св зан с блоком

14электромеханической перестройки Ю акустической базы перестраиваемого приемного преобразовател  4. Блок 14 электромеханической перестройки конструктивно объединен с преобразователем 15 линейного перемещени  в 15 частоту, выход которого подключен

к входу управл емого делител  16 частоты . К второму входу управл емого делител  16 подсоединен выход измерител  17 временных интервалов, име- 20 н цего св зь по одному входу с выхо дом генератора 1 зондируквдих импульсов , по второму .ВХОДУ - с выходом формировател  7 коротких импульсов. Чаблго.томер 18/  вл ющийс  индикато- 25 ром расхбда- подключен к выходу управл емого делител  16 частоты.

Устройство работает следующим образом .

Генератор/ 1 зондирующих импульсов вырабатывает короткие: электрические импульсы с периодом повторени , обеспечивающим полное затухание реверберационных помех в контролируемой среде . Указанные импульсы возбуждают греобразоватепь 2, который излучает ультразвуковые сигналы против потока среды по направлению приемного преобразовател  3 и по потоку среды по направлению приемного преобразовател  4. Через врем  Тр после излучени  40 ультразвуковые сигналы достигают приемников 3 и 4 и преобразуютс  ими в электрические сигналы. Далее сигналы усиливаютс  и нормируютс  по амплитуде в соответствующих уси- 45 лител х 5 и 6, формируютс  в короткие запускающие импульсы в формировател х 7 и В..

По передним фронтам сформированных импульсов осуществл етс  запуск JQ триггеров 9 и-iO, однако схема 11 взаимного запрета, осу1Чвствл юща  двухстороннюю св зь мелоду ними, запрещает переброс того триггера, запускающий импульс на который пришел „ позже. Так, например, если им- пульс на запуск триггера 9 поступил несколько раньше, чем на запуск триг- . , то триггер 9 срабатывает и : запускает своим передним фронтом схему 1 взаимного , котора  бло- кирует триггер 10, не позвол   ему срабатывать от запускающего и шyльса , поступаквдего на его вход несколько позже. Если-же импульс поступает аньше на запуск триггера 10 , то в i 65

этом случае срабатывает триггер 10 и блокируетс  триггер 9. Таким обра зом осуществл етс  сравнение времен№лх Интервалов Тр и Tpj при распространении ультразвука по потоку среды и против него.

Длительность запрещак цих импульсо схемы 11 взаимного запрета меньше периода следовани  запускающих имДульсов , однако она  вл етс  достаточно большой, чтобы запретить срабатывани триггеров от реверберационных помех, которые могут иметь место в исследуемой ,среде за счет многократного переотражени  акустического сигнала от приемных преобразователей и излучател . По окончании генерировани  запрещающих импульсов схемой 11 взаимного запрета триггеры 9 и 10 возвращаютс  в исходное состо ние.

Взаимное выравнивание временных интервалов Трздо величины Тpi Т р2 - Т р осуществл етс  системой автоматической подстройки в следующей последовательности. В зависимости- от того, переключилс  ли триггер 9 или триггер 10, на выходе пол рного детектора 12 вырабатываетс  посто нное напр жение, положительной или отрицательной пол рности. Это напр жение усиливаетс  в усилителе 13 посто нного тока и подаетс  на блок 14 электромеханичеекой перестройки акустической базы, который измен ет вдоль акустической баз.ы положение перестраиваемого преобразовател  4 так, чтобы выполн лось условие равенства времени распространени , ультразвукового сигнала в обоих каналах. В этом случае запускающие полосы поступают на входы триггеров 9 и 10 одновременно/ в результате триггеры 9 и 10 блокируютс  схемой 11 взаимного запрета также одновременно и на выхо да пол рного детектора 12 имеет место напр жение, близкое или равное нулю. Напр жение на выходе усилител 

13посто нного тока также становитс  близким к нулю. В свою очередь блок

14перестройки акустической базы вместе с преобразователем 4 остаютс  в прежнем положении, и это состо ние  вл етс  устойчивым до тех пор, пока не изменитс  скорость потока средаа. При изменении скорости потока среды взаимное временное сравнение и выравнивание временных интервалов осуществл етс  системой автоматической подстройки в описанной последовательности . .

Определение скорости потока производитс  по величине перестройки

ДЬ акустической базы. Измерение перестройки ЛЬ акустической базы осуществл етс  посредством преобразовател  15 линейного перемещени  в частоту, св занного с перестраиваемлм преобразователем 4. Частота, генерируема  преобразователем 15 линейного перемещени  в частоту, оппредел етс  величиной Ль перестройки преобразовател  4, котора  в свою очередь определ етс  скоростью потока среды. .Следовательно, частота преобразовател  15  вл етс  мерой скорости потока среды. Кроме того, в данном устройстве осуществл етс  поправка в измерени х скорости потока на врем  распространени  сигнала в среде в соответствии с формулой (5). Указанна  поправка -вноситс  посредством управл емого делител  16 частоты с помощью измерител  17 временных интервалов в следующей последовательности. Временной интервал Тр определ етс  путем измерени  времени распространени  ультразвука от момента излучени  генератором 1зондирующего-импульса до момента по влени  приемного запу екающего импульса в формирователе од ного из каналов с учетом того, что Т р Т р2 Тр.. Дл  этого зондирующий импульс с генератора 1 поступае на один вход измерител  17 временных интервалов, а запускающий импульс от формировател  7 коротких импульсов поступает, на второй вход измерител  17 временных интервалов.Длительност временного интервала Тр определ етс  в измерителе 17 путем дискретного подсчета количества И высокостабильных периодов опорных колебаний, укладывающихс  на временном отрезке длительностью Тр. Велишна N в кодовом виде подаетс  на вправл ющий вход управл емого делител  16 частоты. В соответствии с этим управл емый делитель 16 «змен ет свой коэффициент делени , и частота на выходе делител  16 обратно пропорциональна количеству N импульсов , пр мо пропорциональному длительности временного интервала Тр. Таким образом, осуществл етс  коррекци  частоты, пропорциональной скорости потока, на врем  распространени  сигнала в среде. Результирующа  частота с выхода управл емого делител  16 частоты подаетс  на частотомер 18, KOTOpEJM регистрируетс  как величина,., пр мо пропорциональна  скорости поток а среды. Формула (5) дл  определени  скорости потока среды в соответствии с принципом работы устройства представл етс  в виде К -| Kf (6) 2 Тр cosoi где К - коэффициент пропорциональности , учитывак ций размерность.} f - частота на выходе преобразовател  15 линейного перемещени  в частоту f - siacTOxa на выходе управл емого делител  16 частоты f N - количество импульсов, пропорциональное длительности временного интервала Тр. Частотомер 18.измер ет частоту f котора  пропорциональна измер емой величине скорости потока. Таким образом, предложенные способ и устройство позвол ют повысить точность измерени  за счет замены измерени  временного интервала измерением линейного перемещени , а также за счет введени  поправки на скорость распространени  ультразвука в измер емой среде.

Claims (2)

1. Ультразвуковой способ измерения скорости потока,включающий излучение ультразвуковых импульсов в направлении потока жидкости и против него, прием прошедших поток импульсов, сравнение их и введение компенсирующего воздействия путем перестрЬйки акустической базы, по величине которого судят о величине Измеряемой скорости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, компенсирующее воздействие начинают с момента выделения первого ЙМпульса одним из приемников и заканчивают по достижении равенства отрезков времени распространения импульсов по потоку и против него. g сь <1

СХ>

2. Ультразвуковой расходомер, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода излучающий преобразователь, подключенный к генератору зондирующих импульсов, и два приемных преобразователя, подключенные через приемные усилители к схеме сравнения, выход которой чет рез усилитель подключен к блоку электромеханической перестройки, а также индикатор расхода, о т л и ча.ющий ся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены преобразователь линейного перемещения в частоту, управляемый делитель частоты и измеритель временного интервала, а схема сравнения выполнена в виде двух формирователей, двух триггеров, схемы взаимного ’запрета и полярного детектора, причем входы формирователей подключены к выходам приемных усилителей, их выходы через триггеры подключены к входам схемы взаимного запрета и полярного детектора, выходы схемы взаимного запрета подключены к управляющим входам триггеров, первый вход измерителя временных интервалов подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, его второй вход подключен к выходу одного из формирователей, а выход - к первому входу управляемого делителя частоты, второй вход которого через преобразователь линейного перемещения подключен к приемному преобразователю, установленному в направлении по потоку с возможностью линейного перемещения, выход управляемого делителя частоты подключен к индикатору расхода..