SU672494A1 - Компенсационный одноканальный ультразвуковой расходомер - Google Patents

Description

. / ,. / . - Йзобретейие относитс  к технической акустике и может Ндйти фййёнемие в химической,медицинскойt пищевой и др. офрасл х народного хоз й ства дл  измерени  расхода широкб1:Ь класса жидких и газообразных сред. Известны одиоканальные ультра звуковы е расхсщомеры ё одновремевньв излучением ультразвуковых сигналр1з по потоку и против потока один навстреЧу дфугому. В них измер етс  разность времени между принимаемыкш ультразвуковыми сигналами, котора  пр мо пропорциональна расходу. Однак такие расходс еры, основанные как на импульсном, так и на фазовом методе измерени  обладают сильной зависимостью своих показаний от абсолютной скорости ультразвука в измер емой среде ij . Наиболее близким по технической сущности  вл етс  ультразвуковой рас ходомер, содержащий пару измерительных электроакустических элементов, установленных под острым углом к потоку , передающий и гфиемный электроа кустические элементы, установленные перпендикул рно к потоку, гейератор тактовых импульсов, два смесител , блок регистрации и усилитель, вход которого соединен с приемным электроакустическим элементом. Однако устрбйствЪ дает значительную погрешность , обусловленную задержкой срабатывани  отдельных элементов 12. Целью изобретени  Явл етс  повы- . шение точности измерени  расхода. Поставленна  цель достигаетс  благод   толу, что в устройство введены цель из последовательно соединенных фазового дётектс5 а, блока перестройки частоты,, первого упра вл емого генератора и модул тора,, второй управл емый гейератор, делитель частоты и кокмутатсф, при этом входы фазового детектора подключены к выходам смесителей, один выход модул тора подключен к входам первого смесител , соединенного вторым входом с выходом усилител ,и первого измерительного электроакустического элемента , а даугой выход подключен ко входам второго смесител  и второго измерительного электроакустического элемента , второй, управл емый генератор включен между блоком перестройки частоты и KOh iyTaTopoM, выход которого подключен ко второму входу второго смесител  и к передающему злектроакустическом - элементу, вход делите  мчстоты соединен с выходом перого уиравл емого генератора, а выод - со вторым входом коммутатора и ервым входом блока регистрации, торой вход которого подключен к выходу второго управл емого генератора, а управл ющие входы блока перестройки частоты, модул тора и коммутатора . подключены к выходу генератора тактоых импульсов.

Разность фаз между прин тыми пачками ультразвуковых сигналов с частотой заполнени  пр мо пропорциональной абсолютной скорости ультразвука в среде, излученных одновременно навстречу друг другу под уг- . лом oi. , измер емый поток компенсируетс  фаэовым сдвигом, образую цймс  между ультразвукбвыми сигналами, распростран ющимис  перпендикул рно к потоку. Этот фазовый сдвиг получают ттутём изменени  несущей частоты ультразвуковых колебаний, распростран ющихс  перпендикул рно к потоку. Вмомент коштёнсации разность между эт&й частотой и частотой, пропорциональной абсолютной скорости ультра- . звука в среде, пропорциональна средней скорости потока и не зависит ОТ абсолютной скорости ультразвука в среде;. .

На чертеже изображена Функциональна  схема расходомера. , .

Расходомер содержит генератор 1 тактовых импульсов, соединенный с управл ющими входами блока 2 перестройки частоты, коммутатора 3 и модул тора 4, выходи которого подключены к первым, .входам смесителей 5,6 и к измерительным электроакустическим элементам 7, 8.. Выходы смесителей . 5j 6 соединены со входами фазового детектора 9, выход которого подключен к входу блока 2. Выходы последнего соединены,с входами управл емых генераторбв 10, 11. Выход Генер1атора 10 соединён; .со входами модул тора 4 и делител  12 частоты, выход которого подключён к первым входам коммутатора 3 иблока 13 регистрации. Выход генератора 11 соединен с вторыми, вхсдакм блока регистрации 13 и ком- , му :атора 3, выход которого подключен ко второму входу смесител  6- и передг1йщему электроакустическому элементу 14. Приемный электроакустический элемент 15 через усилитель 16 , соединен со вторым входом смесител  5.

Расходомер работает следующим обраэёй , : :.

Выходные пр моугольные импульсы .генератора тактовых импульсов 1 с Длительностью Т, котора  выбираетс  меньше времени распространени  ультразвука между измерительными электроакустическими элементами 7, 8 и периодомповторени  Т, поступают на управл ющие входьг модул тора 4, Ййм(лутатора 3 и блока 2.

Во врем  действи  импульса TO генератора I его выходное напр жение открывает модул тор 4, и выходной : сигнал управл емого генератора 10 с частотой oJo подаетс  на смесители 5, 6 и измерительные электроакустические элементы 7, 8 которые излучают ультразвуковой сигнал одновременно и синфазно навстречу друг другу под углом ot в измер емый поток, протекающий в трубе со средней скоростью V. В это же врем  сигнал с генератора 10 с частотойtUp через делитель частоты 12 с коэффициентом делени  N через коммутатор 3 пост паёт на смеситель 6 и передающий электроакустический элемент 14, ось которого перпендикул. рна оси потока. , Ультразвуковой сигнал с частотой достигает приемного преобразовател  15 со сдвигом фаз Фо относительно

Q излучаемого сигнала. Этот сигнал фаз определ етс  только длиной акустического пути to и абсолютной скоростью С ультразвука и не зависит от скорости потока V

45 - .

а) С М

где ЕО - длина акустического пути ;

между элементами 14, 15. .

0 Принимаемый ул.ьтразвуковой сигнал с элемента 15 преобразуетс  в элект-. рическое напр жение с частотой -- и фазой if(, , которое через усилитель 16 под аетс  на вход смесител  5.

5 На выходйх каждого из смесителей 5 и 6 выдел етс  сигнал разностной. ч.астоты. Так. к.ак на одни входы сне- сителей подано синфазно напр жение с .частотой ( ., а на другие входы -.с

0 частотой 1 и с разностью фаз ф,, , то выходные сигналы смесителей будут. такжесдвинуты один относительно другого на величину vpo Эта разность фаз преобразуетс  фазовым детектором 9 в посто нное напр жение, по .ступающее на блок перестройки Частоты 2, который измен ет Частоту и . управл емого генератора Ю таким образом, чтобы выходное напр жение фазового детектора 9 равн лось Нулю.

Пр|И этом разность фаз сигналов на входах фазового детектора 9 равна . . . q)o 2flt-n, .. (2) где n- целое число.

- Из формул (1)и(2) наход т значение частоты (t)t) в момент компенсации

. 2fltn ,

(3)

-T60Частота управл емого генератора

Claims (2)

10Ыосв зана с абсолютной скоростью ультразвука С в среде пр мо пропорциональной зависимостью (3), .т.е. в течение времени TO устройство одно65 временно .с излучением пачек ультразвуковых сигналов навстречу одйй другому под углом к потоку измер ет абсолютную скорость ультразвука в среде. Причем частота заполнени  эт пачек равна частоте aj генератора 1 По окончании импульса тактового генератора 1 модул тор 4 закрываетс коммутатор 3 соедин ет выход управл емого генератора 11, частота кото го равна to , со; смесителем 6 и пере дающим элементом 14, а блок 2 переключаетс  на управление генератором 11. Измерительные электроакустический элементы 7,8 принимают ультразвуковы пачки с 1астотой заполнени  (Uo со сдвигом фаз дц, который св зан известной зависимостью со средней скоростью потока V I д.е.. t V / t- длина акустического пути между элементами 7,8. Сигналы измерительных электроакус тических элементов 7,8 с частотой за полнени  iiJo и разностью фаз uip поступают на первые входы смесителей .: 5,6, На другие входи этих смесителей подаетс  напр жение частоты Wj и с ра зностью фаз ц) , снимаемое с элект роакустических элементов 14,15, , Смесители 5,G осуществл ют алгебраическое суммирование фаз сигналов, поступающих на их вх.оды, поэтому раз ность фаз между выходными напр жени  ми смесителей 5,6 равна tp. фо-ДЦ) (6) . Поскольку фазовый сдвигф пр мо пропорционально св зан с частотойи генератора 11, то можно путём перестройки этого генератора скомпенсировать сдвиг фаз дер, обусловленный. скоростью потока V . Эта компенсаци  осуществл етс  по выходному напр жению фазового детектора 9, которое через блок 2 измен ет частоту csJ генератора 11 дотех пор, пока разность фаз ф не будет равна 2ilCn . При этом выходное напр жение детектора 9 в момент компенса:ций равна нулю. Подставл ют в формулу (G) выражение из формул (1), (5) и (4): ,о(. OJo г° :V (7) f ЧПосле то одественных алгебраических преобразований формулы (7), учитыва  формулу (3), получают выражение, св зывающее среднюю скорость потока V с разностной частотой д, котора  из94 мер етс  в цифровой форме блоком регистрации 13 . . f ZKnJJCDSoC, Д1л: - V --4С-.-Т). ® Из формулы 8) видно, что показани  расходомера rie завис т от абсог лютной скорости ультразвука С в среде. Расход определ ют по известной средней скорости потока, умножа  её на площадь поперечного сечени  трубопровода В данном расходомере дл  измере-ни  интервала времени между прин тыми ультразвуковыми сигналами, прошедшими под углом к оси потока, используетс  фазовый метод,а не амплитудный . Поэтому исключаетс  погрешность , обусловленна  переменной задержкой срабатывани  импульсных . устройств при измерений амплитуды принимаекых сигналов в процессе эксплуатации . : . . Выходной сигнал фазового детектора слабо зависит от амплитуды входных сигналов. Работает он вблизи нулевой точки своей рабочей характё|)истики и изменение крутизны ёго статической характеристики при иэмене:нй х амплитуды входных сигналов .не оказывает вли ни  на выходные показани  расходомера . Формула изобретени  Компенсационный Ьднокйнальный ультразвуковой расходомер, содержа- . 1ЦИЙ пару измерительных электроакустических элементов, установленных под углом к потоку, передайщий и приемный электроакустические элементы, установленные перпендикул рно к потЬку, генератор тактовых импульсов, два смесител , блок регистрации и усилитель/вход которого соединен с приемным электроакустическим злеМентом , отличают и и с   . тем, что, с целью повышени  точности, в Hei-d введены цепь иэ побледовательно соединенных фанзового детектора, . .блока перестройки Част: оты, первого управл емого генератора и модул тора , второй. управл е№1й генератор, делитель частоты и коммутатор, при этом входи фазового детектора подкл|6чены к выходам смесителей, один выход модул тора подключен к входам первого смесител , соединенного вторым входом с выходом усилител , и первого измерительного электроакустического элемента, а другой выход подключен ко .входам второго смесител  и второго

Измерительного электрбакустического элемента, второй управл емый генератор включен между блоком перестройки частоты и кокмутатором, выход

кЬТОрОГб: ПЬДКЛН5Ч1ёН ко BTC4p6h

дувт)1$ОгО смесител  и к переAdXKiieMy электроакустическому эле;менту , вход делител  частоты соединен с выходом пёраогоуправл е14Ьго генератора, а его выход - со вторым входом коммутатора и первым входом блока регистрации, вто{)ой вход кото8

рого подключен к выходу второго упрал емого генератора, а управл ющие входы блока перестройки частоты, модул тора и коммутатора подключены к выходу генератора тактовых импульсов . -..- .. ;, -

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР 421884, кл QQiri/OO, 1974.

2.Авторское свидетельство CCCf 395724j кл. Q01 F: i/pO, 1975.