SU794531A1

SU794531A1 - Ultrasonic phase meter of flow rate

Info

Publication number: SU794531A1
Application number: SU792730971A
Authority: SU
Inventors: Пранас-Бернардас Прано Милюс; Юозас Антано Мотеюнас
Original assignee: Каунасский Политехническийинститут Им.Ahtahaca Снечкуса
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1979-02-28
Publication date: 1981-01-07

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости потоков в трубопроводах, а также в открытых каналах.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used to measure flow rates in pipelines, as well as in open channels.

Известны ультразвуковые измерители 5 скорости потока, содержащие две идентичные акустические колебательные системы, состоящие из излучателя и приемника, соединенные между собой цепью положительной обратной связиί[1], 10Known ultrasonic meters 5 flow velocity, containing two identical acoustic oscillatory systems, consisting of a transmitter and a receiver, interconnected by a positive feedback circuitί [1], 10

Однако такое устройство обладает невысоким быстродействием при измерении скорости потока.However, such a device has a low speed when measuring the flow rate.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуко- 15 вой фазовый измеритель скорости потока, содержащий генератор импульсов, двухканальный электроакустический тракт, выходы которого подключены ко входам фазоизмерительного блока, дополнительный 20 пьезоизлучатель, соединенный с генератором импульсов, и связанный с усилителем дополнительный пьезоприемник .[2].The closest in technical essence to the invention is an ultrasonic 15 phase flow velocity meter containing a pulse generator, a two-channel electro-acoustic path, the outputs of which are connected to the inputs of the phase measuring unit, an additional 20 piezo emitter connected to the pulse generator, and an additional piezo receiver connected to the amplifier. [ 2].

Однако это устройство обладает невысокой разрешающей способностью и точно- 25 стью измерений при флуктуации параметров контролируемой среды, например при временных флуктуациях скорости потока и изменениях температуры в широких пределах. 30However, this device has a low resolution and accuracy of measurements during fluctuations of the parameters of the controlled medium, for example, with temporary fluctuations in the flow velocity and temperature changes over a wide range. thirty

Цель изобретения — повышение разрешающей способности устройства и точности измерений при флуктуации параметров контролируемой среды.The purpose of the invention is to increase the resolution of the device and the accuracy of measurements with fluctuations in the parameters of the controlled environment.

Это достигается благодаря тому, что в устройство введены умножитель частоты, резонансный усилитель, частотомер и решающий блок, при этом дополнительные пьезоизлучатель и пьезоприемник, усилитель и генератор импульсов включены в схему синхрокольца, а второй выход генератора импульсов через умножитель частоты и резонансный усилитель подключен ко входам пьезоизлучателей двухканального электроакустического тракта и ко входу частотомера, выход которого соединен с первым входом решающего блока, второй вход которого подсоединен к выходу фазоизмерительного блока.This is achieved due to the fact that a frequency multiplier, a resonant amplifier, a frequency meter and a resolver unit are introduced into the device, while an additional piezo emitter and a piezo receiver, an amplifier and a pulse generator are included in the sync ring, and the second output of the pulse generator is connected to the inputs through a frequency multiplier and a resonant amplifier piezoelectric transducers of a two-channel electro-acoustic path and to the input of the frequency meter, the output of which is connected to the first input of the decision unit, the second input of which is connected to the output azo-measuring unit.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a structural diagram of the proposed device.

Ультразвуковой фазовый измеритель скорости потока содержит генератор 1 импульсов, двухканальный электроакустический тракт, состоящий из пьезоизлучателей 2 и 3, пьезоприемников 4, 5 и усилителей 6 и 7; дополнительный пьезоизлучатель 8, дополнительный пьезоприемник 9, подключенный к усилителю-формирователю 10, умножитель частоты 11, резонансный усилитель 12, частотомер 13, фазоизмерительный блок 14 и решающий блок 15. При этом пьезоизлучатель 8, пьезоприемник 9, усилитель-формирователь 10 и генератор 1 импульсов включены в схему синхрокольца. Второй выход генератора 1 импульсов через умножитель 11 частоты и резонансный усилитель 1-2 подключен ко входам пьезоизлучателей 2 и 3 двухканального электроакустического тракта и ко входу частотомера 13, выход которого соединен с.первым входом решающего блока 15, второй вход которого подсоединен к выходу блока 14, входы которого через усилители 6 и 7 соединены с пьезоприемниками 4 и 5. Направление ультразвуковых сигналов в одноканальном электроакустическом тракте между излучателем 8 и приемником 9 является перпендикулярным к направлению ультразвуковых сигналов в двухканальном электроакустическом тракте, где излучатели и приемники ориентированы вдоль и против направления потока.An ultrasonic phase flow velocity meter comprises a pulse generator 1, a two-channel electro-acoustic path, consisting of piezo-emitters 2 and 3, piezo-receivers 4, 5 and amplifiers 6 and 7; an additional piezo emitter 8, an additional piezo receiver 9 connected to the driver amplifier 10, a frequency multiplier 11, a resonant amplifier 12, a frequency meter 13, a phase measuring unit 14, and a decision unit 15. In this case, a piezo emitter 8, a piezo receiver 9, an amplifier driver 10 and a pulse generator 1 are included in the sync ring circuit. The second output of the pulse generator 1 through a frequency multiplier 11 and a resonant amplifier 1-2 is connected to the inputs of the piezoelectric emitters 2 and 3 of the two-channel electro-acoustic path and to the input of the frequency meter 13, the output of which is connected to the first input of the decision block 15, the second input of which is connected to the output of block 14 the inputs of which through amplifiers 6 and 7 are connected to piezoelectric receivers 4 and 5. The direction of ultrasonic signals in a single-channel electro-acoustic path between the emitter 8 and the receiver 9 is perpendicular to the direction of the ultrasound audio signals into two-channel electro acoustic path, wherein the emitters and receivers are oriented along and against the direction of flow.

Предлагаемый фазовый измеритель скорости потока работает следующим образом.The proposed phase flow velocity meter works as follows.

В начальный момент времени после включения питания устройства генератор 1 импульсов вырабатывает видеоимпульс, который поступает на пьезоизлучатель 8. Акустический импульс принимается пьезопрйемником 9 и через усилитель-формирователь 10 запускает синхрокольцо измерителя скорости ультразвука. Частота повторения этого синхрокольца зависит от расстояния Li между пьезопреобразователями и от скорости ультразвука в контролируемой среде V, т. е. /^=-. Частота повторения этих импульсов в умножителе 11 увеличивается в раз и в резонансном усилителе 12 преобразуется в синусоидальный сигнал с частотой F₂=Ki-F_l. Умножение частоты электрического сигнала необходимо для повышения точности и разрешающей способности фазового измерителя скорости потока.At the initial time after the device’s power is turned on, the pulse generator 1 generates a video pulse, which is fed to the piezo emitter 8. An acoustic pulse is received by the piezo receiver 9 and, through the amplifier-shaper 10, launches the synchro ring of the ultrasound speed meter. The repetition rate of this synchro ring depends on the distance Li between the piezoelectric transducers and on the speed of ultrasound in a controlled medium V, i.e., / ^ = -. The repetition rate of these pulses in the multiplier 11 increases by a factor of time and in the resonant amplifier 12 is converted into a sinusoidal signal with a frequency of F ₂ = Ki-F _l . Multiplying the frequency of an electrical signal is necessary to increase the accuracy and resolution of a phase flow meter.

Синусоидальный сигнал частотой F₂ возбуждает пьезоизлучатели 2 и 3, а излучаемые акустические сигналы принимаются пьезоприемниками 4 и 5. Разность фаз Δφ электрических сигналов, поступающих от пьезоприемников 4 и 5 через усилители 6 и 7 на фазоизмерительный блок 14, выражается в видеA sinusoidal signal with a frequency of F ₂ excites the piezoelectric emitters 2 and 3, and the emitted acoustic signals are received by the piezoelectric receivers 4 and 5. The phase difference Δφ of the electrical signals from the piezoelectric receivers 4 and 5 through amplifiers 6 and 7 to the phase measuring unit 14 is expressed as

Лф-⁴”'*'¹'²'² .—Lf- ⁴ ”'*' ¹ ' ² ' ² .—

Для вычисления с помощью этого выражения скорости потока служит решающий блок 15.To calculate using this expression, the flow rate is the decision block 15.

Скорость потока контролируемой среды определяется из следующей формулыThe flow rate of the controlled medium is determined from the following formula

Г G 10 10 К·, ’ K ·, ’ где Where Г 4π·^·Ζ.₂ ^к- »Γ 4π · ^ · Ζ. ₂ ^to - " 15 fifteen

Предлагаемый ультразвуковой фазовый измеритель скорости потока обладает повышенной разрешающей способностью, бы20 стродействием контроля при флуктуациях температуры контролируемой среды с частотой, не превышающей и высокой точностью измерения. Результат измерений выдается автоматически и не зависит от 25 скорости ультразвука в контролируемой среде.The proposed ultrasonic phase flow velocity meter has a high resolution, fast monitoring with fluctuations in the temperature of the controlled medium with a frequency not exceeding a high measurement accuracy. The measurement result is issued automatically and does not depend on 25 ultrasound speeds in a controlled environment.

Claims

the frequency meter 13, the phase-measuring unit 14 and the decisive block 15. In this case, the piezo-emitter 8, the piezo-receiver 9, the amplifier-shaper 10 and the pulse generator 1 are included in the synchro-ring circuit. The second output of the generator 1 pulses through the multiplier 11 frequency and the resonant amplifier 1-2 is connected to the inputs of the piezo emitters 2 and 3 of the two-channel electroacoustic path and to the input of the frequency meter 13, the output of which is connected to. the first input of the decision unit 15, the second input of which is connected to the output of the unit 14, whose inputs through amplifiers 6 and 7 are connected to piezoelectric receivers 4 and 5. The direction of the ultrasonic signals in the single-channel electroacoustic path between the radiator 8 and the receiver 9 is perpendicular to the direction of the ultrasonic signals in a two-channel electroacoustic path, where emitters and receivers are oriented along and against the direction of flow. The proposed phase flow velocity meter works as follows. At the initial moment of time after turning on the power of the device, the pulse generator 1 produces a video pulse, which is fed to the piezo emitter 8. The acoustic pulse is received by the piezoelectric transducer 9 and through the amplifier shaper 10 starts the synchrometer measuring the speed of ultrasound. The repetition frequency of this sync-ring depends on the LI distance between the piezo-transducers and the ultrasound velocity in the controlled medium V, i.e. P -. The repetition frequency of these pulses in the multiplier 11 is increased by a factor of Ci and in the resonant amplifier 12 is converted into a sinusoidal signal with a frequency. The multiplication of the frequency of an electrical signal is necessary to increase the accuracy and resolution of a phase flow meter. A sinusoidal RF frequency signal excites piezo emitters 2 and 3, and the emitted acoustic signals are received by piezo receivers 4 and 5. The phase difference AF of electrical signals received from piezo receivers 4 and 5 through amplifiers 6 and 7 to phase meter unit 14 is expressed as d 471. / s , - /. 2 С ДР where FZ is the frequency of the electrical signal exciting the piezo emitters 2 and 3; L2 is the distance between the piezo emitters 4 and 5 in the two-channel electro-acoustic path; C-flow rate. The decisive unit 15 is used to calculate the flow rate using this expression. The flow rate of the monitored medium is determined from the following formula: -2 d 4g. K. .L. The proposed ultrasonic phase flow velocity meter has an increased resolution, fluctuation control x temperatures of the controlled medium with a frequency not exceeding FI and high measurement accuracy. The measurement result is generated automatically and does not depend on the speed of ultrasound in a controlled environment ... ... Claims of the invention An ultrasonic phase flow rate meter comprising a pulse generator, a two-channel electroacoustic path whose outputs are connected to the inputs of a phase-measuring unit, an additional piezo emitter connected to the pulse generator and an additional piezo receiver connected with the amplifier, characterized in that, in order to increase the device resolution and measurement accuracy with fluctuations of the parameters of the controlled medium, a frequency multiplier, a resonant amplifier, a frequency meter and a decisive unit are entered into it, an additional piezo-emitter and a piezo receiver, an amplifier and a pulse generator are included in the synchroc circuit, and the second output of the pulse generator is connected via a frequency multiplier and a resonant amplifier the inputs of the piezo emitters of the two-channel electro-acoustic path and to the input of the frequency meter, the output of which is connected to the first input of the decision unit, the second input of the co-ordinate inden to the output of the phase measurement unit. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent number 4003256, cl. 73-194, 1975.

2. Authors certificate of the USSR 322622, cl. G GIF 1/66, 1971.