SU447561A1 - Ультрозвуковой расходомер - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к ультразвуковым расходомерам и может быть использовано дл  измерени  мгновенных значений быстропеременных и пульсирующих расходов.

Р1звестен ультразвуковой расходомер, выполненный по двухканальной схеме. Необходимыми элементами расходомера  вл ютс  двухканальный акустический преобразователь с пьезоэлектрическими излучател ми и приемниками , генератор ультразвуковых колебаний и фазовый детектор. Принцип действи  основан на измерении разности фаз между ультразвуковыми сигналами, прошедшими через контролируемую среду по потоку и против потока . Разность фаз пропорциональна средней скорости потока, котора  служит мерой расхода .

Однако при измерении быстропеременных расходов известным расходомером возникает погрешность, обусловленна  инерционностью первичного преобразовател .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  мгновенных значений быстропеременных и пульсируюш,их потоков.

Это достигаетс  тем, что в известном устройстве к приемным пьезоэлементам и генератору подключены два дополнительных фазовых детектора, выходы которых через дифференциальный усилитель с коэффициентом усилени , равным

D + Dsina -г I cos а / COS а

где D - диаметр трубопровода, / - рассто ние между каналами расходомера по оси трубопровода и а - угол между нормалью к оси трубопровода и ультразвуковым лучом в контролируемой среде, подключены к одному из входов второго дифференциального усилител , другой вход которого соединен с выходом основного фазового детектора.

Учет переходных процессов в звукопроводе в случае быстропеременных потоков приводит к следующей зависимости, котора  св зывает величину угла сдвига фаз Аф между ультразвуковыми сигналами, прошедшими через среду по потоку и против него, со скоростью потока V:

Дер - + Дср :

-4|-- ( (

21 0 + J

Lt-г,-.,

t-1

f V(r-)dr,

to -1 JI

,J

где АФ+ и Аф - изменени  фаз ультразвуковых колебаний на приемных пьезоэлементах по отношению к неподвижному потоку;

j, 2o).).tga

cT-

D

t

CCOSa

jif.

I

-; т

.I/ СС

(0 - кругова  частота ультразвуковых колебаний;

С -скорость ультразвука в контролируемой среде;

/ - рассто ние между каналами расходомера по оси трубопровода.

Предположив, что V Vcp+Vo-sin ((). т. е. в случае пульсирующего потока, можно получить:

A.VCP , K-VO

sin (со + т) -

+ )К + 2т + 7,)созИ + ср),

 

ср г - - sin (со + ) +

22

ЛГ-УО

(«( + OcosK-f Р).

+

н

Дер - С-1/ср + -t e-SinK + ср)/c-v

( + )COs(a))Третий член в последнем выражении и есть методическа  погрешность двухканального ультразвукового расходомера, обусловленна  инерционностью первичного преобразовател .

Предлагаемый расходомер устран ет эту погрешность.

На чертеже изображена блок-схема ультразвукового расходомера.

Расходомер содержит двухканальный акустический преобразователь 1, через который пррходит контролируема  среда, генератор 2 ультразвуковых колебаний, излучающие 3, 4 и приемные 5, 6 пьезоэлементы, фазовые детекторы 7, 8 и 9 и дифференциальные усилители 10 и 11.

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковой сигнал с генератора 2 подаетс  на излучающие пьезоэлементы 3 и 4 и фазовые детекторы 8 и 9, причем дл  детекторов он  вл етс  опорным. Возбуждаемые пьезоэлементами 3 и 4 ультразвуковые колебани , пройд  через контролируемую среду,

принимаютс  пьезоэлементами 5 и 6, сигналы с которых подаютс  на входы фазовых детекторов 7, 8 и 9. Выходной сигнал с детектора 7 будет пропорционален Дф, а с детекторов 8 и 9 - соответственно Дф+ и Дф. Дифференциальный усилитель 10 производит вычитание модулей выходных сигналов фазовых детекторов 8 и 9 и усиление разностного сигнала в

0 -Ь ti -f т: D + Dslna. + I COS а

t/ COS a

раз, в результате чего на его выходе формируетс  корректирующий сигнал, пропорциоff v

нальный- - (U (TO -f TI -f т) cos (co + ф)

Второй дифференциальный усилитель 11 производит вычитание корректирующего сигнала из сигнала с выхода основного фазового детектора 7. Сигнал на выходе устройства будет свободен от погрешности, обусловленной инерционностью первичного преобразовател . Необходимо подчеркнуть, что условием осуществимости данного устройства  вл етс  наличие

двух разнесенных акустических каналов (величина т - должна быть отлична от нул ).

Предмет изобретени 

Ультразвуковой расходомер, содержащий двухканальный акустический преобразователь с пьезоэлектрическими излучател ми и приемниками , генератор ультразвуковых колебаний и фазовый детектор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  мгновенных значений быстроперемепных и пульсирующих потоков, к приемным пьезоэлементам и генератору подключены два дополнительных фазовых детектора, выходы которых через дифференциальный усилитель с коэффициентом усилени , равным

D + Dsina + /COS а

;

/ cos а

где D - диаметр трубопровода, / - рассто ние между каналами расходомера по оси трубопровода и а - угол между нормалью к оси трубопровода и ультразвуковым лучком в контролируемой среде, подключены к одному из входов второго дифференциального усилител , другой вход которого соединен с выходом основного фазового детектора.

j