SU735922A1 - Коррел ционный измеритель скорости потока - Google Patents

Description

Изобретение предаазначено дл  измерени  скорости и определений направлени  потока жидкостей, суспензий и газов, перекачиваемых по трубопроводам., Известен ультразвуковой (УЗ) расходо мер, содержащий преобразователь, две схе мы синхрокольца, состо щие из усилителей импульсов, генераторов импульсов и пьезе элементов, схему совпадени , формирователь и частотомер, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений на выходе генератора импульсов Каждой схемы синхрокольца подключен соот ветствующий одновибратор, выход которого соединен с соотвегствуюшим входом схемы совпадени , причем выход схемы совпадени  соединен через фсфМ5фо ватель с частотомером 1.11. Недостаточна  точность такого расходо мера обусловлена акустическими псмехами , возникающими в перекачиваемой жидкости или суспензии, например, вследст ВИИ движени  в турбулентном режиме. Кро ме того, этому расходомеру характерно низкое быстродействие. Известны устройства, в которых испольгзуютс  активные излучатели, сигналы которык модулируютс  флуктуаци ми теку щей жидкости 2. Низка  точность таких устройств обусловлена тем, что используютс  сигналы с базой В 2fT « 1, где F - ширина спектра. Т- длительность реализации .При этом требуютс  значительные отнощени  сигнал/шум на выходе приемника, так как при детектировании неизбежны потери. Известен ультразвуковой расходомер, содержащий установленные на трубопроводе излучатель и приемник и соединенное с ними решающее устройство, отличающийс  тем, 4TOf . -решающее устройство вь полнено по схеме экстремального корр&« лометрвц вкод блока задержки которого соединен с излучателем, а вход умножитела с приемником 3. Низка  точность этого расходомера в ooioBHOM обусловлена двум  причинам . 37 а) в этом устройстве примен ютс  тфо обраэователи, которые могут возбуждать УЗ колебани  только в узкой полосе чаотот о)  ри измерении зондирующие акустические колебани  дважпы проход т слоисты среды (стенки трубопровода), поэтому раэ ным составл ющим шумоподобиого акусти ческого процесса характерны различные коэффициенты преломлени  и поглощени , из-за чего зондирующему сигналу присущи большие нелинейные искаже1ш  частотного и энергетического спектра, которые ухуд шйют точность и надежность измерени . Кроме того, расходомер не определить направление движени  потока; Целью изобретени   вл етс  повышение ТОЧНОСТИ измерени  и определение ншфавлени  потока, Поставле11на  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой расходомер снабжен вторым приемником, измерителем временных интервалов, фушсциональным преобразователем , решающим устройством, задающим генератсром и переключателем, ЕКОДЫ которого соединены с первым и вторым приемниками, а выход - со вторым входом Кдррёлокгётра, выход которого через после довательно соединешшю измеритель временных интервалов и функциональный пр&образователь подключен к решающему устройству, а выход задающего Генератора СОеДИйен с управл ющими входами из№ё|рйтёл  еременньк интервалов и переклю чател , при этом ис.и1учатель и приемники расположены в углах пр моугольного тре угольника и выполнены в виде круглых стержней, пол зированных ь продольном направлений, причем рабочие электроды нанесены на торцовую и боковую поверх нос ти излучател , а электрод на боковой поверхйостй излучател  и введенного приемника вьтолнен в виде кольца, плоск:ость которого расположена под углом с торцовой плоскость стержн ,. , На фиг, 1 показана С1р тстурна  схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 -диаграмма направленности гфеобразователей; на фиг, 3 - частотна  .-зависимость коэффи циента передачи примен емых акустических преобразователей. УстройстЕЮ содоржит арубопровод 1, на котором установлены излучат хь 2, пер вый 3 и.второй 4 приемники шумоподобных УЗ колебаний, нахогипиихс  в непосрел ственном акустюшском контакте с; движу- щимс  потоком. При этом излучатель 2 и приемники 3 и 4 раслюложоны в углах 22 тф моуголыюго треугольника так, что оси симметрии излучател  и первого гфиемника 3 совпадают, а пр ма , соедин юща  геометрические центры активных поверхностей излучател  2 и второго приемника 4 с касательными этим поверхност м составл ет определенные углы, равные о . Устройство содержит также генератор шума 5; коррелометр 6, первый вход которого параллельно соединен с выхоцом г-еноратора шума И входом из.чучател  2, а вьтхЬд - с измёрите31ем временньгх интервалов 7; функционалы1ый преобразователь 8, к входам которого непосред:;твенно подключены первый и второй выходы измерител  интервалов в{эемени 7, а выходы соответственно соединены с первым и вторым входами решающего устройства О; задающий генератор 10 и переключатель 11. Устройство работает следующим образом , Под непрерывным воздействием выход- ного напр жени  генератора шума 5 излучатель 2 возбуждает Ш1фокополосныо акустические колебани  x(t) случайного характера , которые распростран ютс  в потоке , . .. Излучатель 2, первый 3 и второй 4 приемники выполнены в виде круглых стержней , пол ризованных в продольном направлении . Рабочие электроды нанесены на торцовую поверхность пьезоэлектрического стержн  и боковую поверхность (кольцевой ). Такое расположение рабочих электродов позвол е- реализовать пьезрпрео&разователи с неоднородным полем. Дл  пьезопреобразователей 2, 3 и 4 с неоднородным полем источниками ультразвуковых волн  вл ютс  торцова  поверхность пьезоэлектрического стержн  у электрода и плоскость, в которой расположен боковой электрод. Поскольку электрод на боковой поверхности пьезоэлектрического стержн  Выполнен в виде кольца, которым распйложен в плоскости, составл ющей определен1Ш1й угол с торцовой плоскостью стержн , иэ-чза интерференции акустических сигналов в стержне, вызывае мой линейноизмен ющемс  рассто нием между плоскост ми электродов, диаграмма направленности такого пьезопреобразовател  имеет два максимума: первый, перпендикул$фньи{ к торцовой плоскости, второй, р сположе ный под углом в 45° к торцовой пове14хности пьезопреобразовател  (см,фиг,2). Это вызвано тем, что при импульсном возбуждении таких пьезопреобразователеЛ на излучающей поверхности торцового электрода получаетс  нераиюмерное но амплитуде и 4iopMe распределени  упругих смешений Диаграмма направленности пьезопре- образовател  3, рабочие электроды которого  вл ютс  параллельными, имеет мак- симум, перпендикул рный к торцовой поверхности , Пьезопрообразователи с нроднородн1 ,гм полем обладают широкой полосой пропускани . На фиг. 3 приведена амплитудно-частотна  характеристика электроакустической цепи пьезоизлучатель 2 ньезоприемник 4 дл  пьезопреобразователей с нео;1лородиым полем при работе в воде { . - нормированный коэфф1ьциент передачи электроакустической цепи , f - частота). Широкий частотный спектр передаваемого через исследуемую среду акустического сигнала позвол ет значительно повысить точность коррел ционного измерител  скорости потока.

Шумоподобные колебани  x(t), возбужденные излучателе ;, 2, принимаютс  первым 3 и вторым 4 .приемниками. Скорость распространени  УЗ.колебаний в направлении от излучател  2 до первого 3 ивторого 4 приемников различна: скорость распространени  в направлении излучатель 2 - первый приемник 3 V с в направлепии излучатель 2 - второй приемник 4 Vg с +) , где с - скорость УЗ колебаний, в сто щем потоке,

V - скорость потока. Информаци  о зна- чени л си V заключёна в величинах Vj и 1. . Так как заранее известны рассто ни  зондировани : излучйтель 2 - первый 3 приемник (равно V ) и излучатель 2 - второй 4 приемник (равно & ), вместо

М. и V целесообразно измер ть о&ратно пропорциональные этим величинам временные интервалы t И . необходимые дл  прохождени  шумоподобными УЗ колебани51ми х( t) хтсазанных рассто ний. Дл  определени  временных интервалов Cj и t на первый аход коррелометра 6 подключен выход генератора шума 5, а на .второй через пер.еключатель 11, поочере/ но подключаютс  выходы первого 3 и второго 4 приемников.

Вычисленные взаимокорелл циойных функций излученных и прин тых сигналов начинаетс  по командам задающего генератора 10. В начальный момент времени задающий генератор одновременно запускает измеритель временных интервалов 7 и пе- реводит переключатель 11 в состс$шие, когда выход первого приемника 3 подклк чен ко второму входу коррелометра б.Первый приемник 3 принимает Шумоподобные

процессы х( t ), зашржанные 1ю времени. Поэтому в максимума взаимокор- рел ционной функции на выходе коррелометра 6 огфедел етс  наиболее веро тный временной ин(герв1ал Cj Ь/с . Как бьнло отмечено вьше, измеритель интервалов бремени 7 зДтускаетс  от управл ющего импульса задающего генератора 10, а выход корреледлетра 6 последовательно no/tключен к входу измерител  интервалов времени 7. Следовательно в моментмаксимума взаимокоррел ционной функции на пер вом выходе измерител  интервалов времени 7 сформируетс  пр моугольный импульс длительностью f . При этом задающий г&нератор 1О заново запускает измеритель 7 и переводит пе{реключатель 11 в такое состо ние, когда выход второго приемни ка 4 подключен ко второму входу к(3ррелометра 6. Б данном случае в момент масимума взаимокоррел иионной функции на выходе коррелометра 6 определ етс  наиболее веро тный временной интервал и / (с Vc,o.). Аналогичным путем на втором выходе измерител  временнькинтервалов образуетс  пр моугольный импульс длительностыо С, . После некоторых преобразований выражений, определ и t , получают

ющих с С-.

Дл  реализаций алгоритма (,1) выходьг измерител  интервалов времени 7 непосредственно соединены с и вторым входами функционального преобразовател  8. Пр моугольный импульс длительности -Г. с первого выхода измерител  интервалоэ времени 7 подаетс  на первый вход функционального преобразовател  8, на выходе которого образуетс  посто нное напр жение iU , пропорциональное длительности импульса t: . Напр жение U, на определенное врем  запоминаетс  пиковым детекторе и подаетс  на первый вход решающего устройства 9. На второй вход решающего устройства поступает посто нное напр жение Uj. . пропорциональное длительности импульса tr . Решающее устройство 9 содержит два .канала ихода, делитель, выходной канал и цифровой индика гор. Оно в основном выполн ет следующие функции; в первом канале входа делит посто нное напр жение и ; ч 0 , получа  сигнал пропорциональный отношению . вычитает посто нное h/P., во втором канапе напр жение U умножает на посто нный коэффициент К 2 -V -7P. . На въ ходе делител  получаетс  сигнал i HaJl/i пропорциональный скорости потока v , который в выходном канале кодируетс  в цифровую форму и подаетс  на цифровой индикатор. Реализаци  (1) поэвол ет не только определитьабсолютное значение скорости потока V , но и установить его направление. Информаци  о правлении потока заключена в знаке разНЕЦЬ (алгоритм 1). Поэтому знак величины V однозначно определ ет направление Г|отока.

Фопмула изобретени 

Коррел ционный измеритель скорости потока, состо щий из установленных на трубопроводе излучател  и приемщика уль-рразвуковых колебаний, генератора шума, 20 выход которого соединен с излучателем и первым входом экстремального Kqape лометра , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и определени  направлени  потока, он 25 снабжен вторым приемникс м, измерителем феменных интервалов, фyшщиoнaлыiым преобразователем , решающим устройством, задающим генератором и переключателем 735

го треугольника и выполнены в виде круглых стержней пол ризованньос в продольном направлении, причем рабочие электродьт нанесены на торцовую, и боковую поверхности излучател , а электрод на боковой поверхности излучател  и введенного приемника вьшолнен в виде кольца. 2. 8 входы которого соединены с первым и вторым приемниками, а выход - со вторым входом коррелометра, выход которого через последовательно сЬединенные измери- тель временньгх интервалов и функциональный преобразователь цодключен к pemaioщему устройству, а выход задающего генератора соединен с управл ющими ЕКОД&ми измерител  ременных, интервалов и переключател , при этом излучатель и приемники расположены в углах пр моугольноплоскость которого расположена под углом к торцовой плоскости стержн . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 468094, кл. ОО1 F 1/00, 1975. 2. Па-гент Великобритании № 1359151,. кл. G1 N, опублик. 1974. .3, Авторское свидетельство СССР No 446753, кл. G,01 F 1/00, 1975 (прототип ).

Claims (1)

1. Формула изобретения ₎₅

   Корреляционный измеритель скорости потока, состоящий из установленных на трубопроводе излучателя и приемника ультразвуковых колебаний, генератора шума, 20 выход которого соединен с излучателем и первым нходом экстремального коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и определения направления потека, он ²⁵ снабжен вторым приемником, измерителем временных интервалов, функциональным преобразователем, решающим устройством, задающим генератором и переключателем рым приемниками, а выход - со вторым входом коррелометра, выход которого через последовательно соединенные измеритель временных интервалов и функциональный преобразователь подключен к решак>щему устройству, а выход задающего генератора соединен с управляющими входами измерителя временных, интервалов и переключателя, при этом излучатель и приемники расположены в углах прямоугольного треугольника и выполнены в виде круглых стержней поляризованных в продольном направлении, причем рабочие электроды нанесены на торцовую, и боковую поверхности излучателя, а электрод на боковой поверхности излучателя и введенного приемника выполнен в виде кольца, плоскость которого расположена под углом к торцовой плоскости стержня.