Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока

Устройство для измерения вихревого компонента скорости потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИХРЕВОГО КОМПОНЕНТА. СКОРОСТИ ПОТОКА, содержащее импульсный генератор, вы ход которого через усилитесь мощности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два канала измерения, каждый из которых состоит из последовательнасоединенных .приемного усилителя, амплитудного детектора и нормализатора уровня, выходы нормализаторов уровня один непосредственно, а второй через блок задержки подключены к входам вычитающего устройства, выход которого через первый-нуль-орган подключен к первым входам первого и второго триггеров .и к управляющему входу первого ключа, интегратор, вход которого через первый, ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления , подключенный к входу импульсного генератора, управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, отличающееся тем, что, с целью повьииения точности измерения, в него введены п акустических преобразователей , расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган , инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ,.первая и вторая схемы совпадений, первый и второй счетчики импульсов, ге ,нератор образцовой частоты, цифровое квадрирующее, делительное и отсчетное устройства, причем каждый из h акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер , одновибратор, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСГЬ, первую схему совпадений и.-первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового , делительного устройства, второй вход S которого через цифровое кваддаирующее (Л устройство,второй счетчик импульсов и вторую схему совпадений подключен к единичному выходу первого триггера а выход - к цифровому отсчетному устройству, выход генератора образ- .§ цовой частоты подключен к вторым входам ттервой и второй схем совпадений , вторые входы первого и второго .счетчиков импульсов подключены к .блоку управления, вход инвертора пода: Т лючен к выходу нормализатора.уров ня первого канала, а выход через второй ключ подключен к первому вхо 4: ду интегратора, нулевой выход перО5 вого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и входу первого триггера , выход второго триггера подключен к управляющему/входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

Olg„-.;-„--,";;;,,1 >- ;,й аждае, вил В сзр. J

СОЮЗ COSETGHHX

СОф4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 0% (10

ЗВВ ь 01 Р 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТНРЬГИЙ (21) .3391084/18-10 (22) 05,.02. 82 (46) 07.05.83. Бюл. 9 17 (72) В.Д. Погребенник, M.M. Коропецкий,, И.В. Петрушко и Ю.В. Бадзян (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (53) 681.89(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 822038, кл. G 01 Р 5/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2989828, 04.10.80. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВИХРЕВОГО КОМПОНЕНТА СКОРОСТИ ПОТОКА, содержащее импульсный генератор, выход которого через усилитель мощности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два канала измерения, каждый из которых состоит из последовательна соединенных приемного усилителя, амплитудного детектора и нормализатора уровня, выходы нормализаторов уровня один непосредственно, а второй .через блок задержки подключены к входам вычитаю-щего устройства,. выход которого через первый. нуль-орган подключен к первым входам первого и второго триггеров и к управляющему входу первого ключа, интегратор, вход которого через первый. ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления, подключенный к входу импульсного генератора, управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены и акустических преобразователей, расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган, инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первая и вторая схемы совпадений, первый и второй счетчики импульсов, генератор образцовой частоты, цифровое квадрирующее, делительное и отсчетное устройства, причем каждый из ь акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер, одновибратор, логический элемент

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первую схему совпадений и. первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового делительного устройства, второй вход Е которого через цифровое квадрирующее устройство, второй счетчик импульсов и вторую схему совпадений подключен к единичному выходу первого триггера, а выход — к цифровому отсчетному устройству, выход генератора образ- Я цовой частоты подключен к вторым входам первой и второй схем совпадений; вторые входы первого и второго счетчиков импульсов подключены к ,блоку управления, вход инвертора под включен к выходу нормализатора.уровня первого канала, а выход через второй ключ подключен к первому вхо-, ду интегратора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и входу первого триггера, выход второго триггера подключен к управляющему входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

1016746

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вихревого компонента скорости потока.

Известно устройство для измерения вихревого компонента скорости пото- 5 ка, содержащее два обратимых акустических преобразователя, и отражателей, коммутатор и измерительную схему, состоящую иэ генератора импульсов, двух усилителей мощности, 10 двух приемных усилителей, двух амплитудных детекторов, двух нормализаторов уровня, формирователя, двух .

:преобразователей, блока задержки, двух ключей, одновибратора, руль-органа, двух триггеров, блока квантования и блока управления f1 ).

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения

20 из-за замкнутости акустического конНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения вихревого компонента скорости. потока, содержащее два обратимых акустических преобразователя, отражателей, расположенных в вершинах многоугольника,.имцульсный генератор, два усилителя мощности, коммутатор, блок управления, два измерительных канала, каждый иэ которых состоит иэ последовательно соединенных приемного усилителя, амплитудного детектора и.нормализатора уровня, а также .блок задержки, вычитающее устройст- 35 во, нуль-орган, три триггера, источник опорного напряжения, четыре интегратора, два ключа, одновибратор, две схемй сравнення, блок задания начальных условий и демодулятор j2 3, 40

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, :обусловленная раэомкнутостью акусти ческого контура и сложностью юстировки узконаправленных акустических преобразователей и отражателей.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения вихревого компонента скорости потока, 50 .содержащее импульсный генератор, выход которого через усилитель мощ.ности и коммутатор подключен к двум акустическим преобразователям, два канала измерения, каждый из которых 55 . состоит из последовательно соединен, ных приемного усилителя, амплитудно го детектора и нррмализатора уровня, выходы нормалнзаторов уровня один непосредственно, а второй через 60 блок. задержки подключены к входам вычитающего устройства, выход которо"

ro через первый нуль-орган подклю-чен к первым входам первого и. второ- го TpHrrepos .и к управляккцему входу 65 первого ключа, интегратор, вход которого через первый ключ подключен к выходу вычитающего устройства, блок управления, подключенный к входу импульсного генератора, управляющему входу коммутатора и второму входу первого триггера, второй ключ и одновибратор, введены и акустических преобразователей, расположенных в вершинах многоугольника, второй нуль-орган, инвертор, третий ключ, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первая и вторая схемы совпадений, первый и второй счетчики импульсов, генератор образцовой частоты, цифро вое квадрирующее, делительное и отсчетное устройства, причем каждый нэ и акустических преобразователей подключен к коммутатору, выход интегратора через второй нуль-орган, второй триггер, одновибратор, логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первую схему совпадений и первый счетчик импульсов подключен к первому входу цифрового делитедьного устройства, второй вход которого через цифровое квадрирующее устройство, второй счетчик импульсов и вторую схему, совпадений подключен к единичному выходу первого триггера, а выход — к циФровому отсчетному устройству, выход генератора образцовой частоты подключен к вторым входам первой и второй схем совпадений, вторые входы первого н второго счетчиков импульсов подключены .к блоку управления, вход инвертора подключен к выходу нормализатора уровня первого канада, а выход через второй ключ подключен к первому входу интегратора, нулевой выход первого триггера подключен к управляющему входу третьего ключа, выходы которого подключены к второму входу интегратора и входу первого триггера, выход второго триг+ гера подключен к управляющему входу второго ключа и второму входу логического элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ.

На фиг. 1 представлена структурная схема; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит акустические преобразователи 1 „ — 1, образующие вершины многоугольника, блок 2 управления, коммутатор 3, приемные усилители 4 и 5, усилитель б мощности, амплитудные детекторы 7 и 8, импульсный генератор 9; первый 10 и второй

11 нормализаторы уровня, блок 12 задержки, вычитающее устройство 13, инвертор 14,первый ключ 15, второй ключ 16, первый нуль-орган 17, интегратор 18, третий ключ 19, первый триггер 20, второй нуль-орган 21, второй триггер 22, одновибратор 23, логический элемент 24 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, генератор 25 образцовой частоты, первую 26 и вторую 27 схемы

1016746 совпадений, первый 28 и второй 29 счетчики импульсов, цифровое квадрирующее 30, делительное 31 и отсчетное 32 устройства.

Устройство работает следующим образом. 5

В исходном состоянии коммутатор

3, ключи 15, 16 и 19 разомкнуты, триггера 20 и 22 находятся в нулевом состоянии.

Измерение вихревого компонента . )О скорости потока в предлагаемом устройстве происходит за п тактов, задаваемых блоком 2 управления.

В первом .такте в момент времени по.команде блока 2 управления (фиг. 2a ) запускается импульсный ге-. нератор 9 (фиг. 2 б), первый триггер

20 устанавливается в единичное сос-. тояние (фиг. 23)< открывает вторую схему 2.7 совпадений, замыкает третий 0 ключ 19-и соединяет вход интегратора.

18 с общей шиной, интегратор 18 гереводится в режим задания нулевых начальных условий. Импульсы с генератора 25 образцовой частоты начина- ют поступать на второй счетчик 29 импульсов (фи г, 2 и ),. Коммутатор 3 подключает к акустическому преобразователю 1 -усилитель 6 мощности, а к акустическим преобразователям 1 и 1, — приемные. усилители .4 и 5.

Импульс заданной длительности и час-тоты, сформированный генератором

9, после усиления по мощности при помощи усилитеЛя 6-поступает на акустический .преобразователь 1„, располо-35 женный в одной вершине многоугольника.

Преобразователь. 1 излучает акус-

1 тический импульс, который принимается соседними преобразователями

12 и 1. в моменты времени t2 и (t + „} . 40

Выходные сигналы преобразователей 1> и 1 д через коммутатор 3 поступают на приемные усилители 4 и

5, затем подвергаются- амплитудному детектированию. при помощи блоков 7 и 8 и нормализации по уровню при помощи блоков, 10 и 11 (фиг. 2 б, ъ).

Выходной сигнал первого нормалиэатора 10 непосредственно, а второго нормализатора 11 через блок 12 задержки (фиг. 2 д), поступает на входы вычитающего устройства 13. В результате текущее - значение. выходного напряжения вычитающего устройства 13 равно (фиг. 2 е) U „()= 3()„H)-02И-"-,)3,() где К8 — коэффициент передачи вычи.тающего устройства 13;. .U<(t) — выходной сигнал нормалиэа- бО тора 10.;

U>)t-ig - выходной сигнал нормали эатора 11; сдвинутый по . времени на отрезок при помощи блока 12 задержки.

В моменты перехода выходного напряжения вычитающего устройства через нулевой уровень срабатывает нуль-ор" ган 17 (фиг. 2ж), В момент времени выходной сигнал нуль-органа откры2 вает первый ключ 15 и переводит первый триггер 20 в нулевое состояние.

При этом третий ключ 19 размыкается, схема 27 совпадений закрывается и счетчик 29 прекращает счет поступив" ших на него импульсов с генератора;

25 образцовой частоты. Код é-, эа1 фиксированный в счетчике 29, пропорционален времени прохождения Ж;, акустических сигналов между излучакнцим и приемным преобразователями во вращающейся жидкости.

В момент времени t интегратор 18 переводится.в режим ийтегрирования выходного напряжения вычитающего устройства 13 (фиг. 2.a), причем его выходное напряжение имеет вид

t„

0 ()= . Ов,(ма+, (2)

Ф2 где „ — постоянная времени интег.ратора 18..

Практически форма выходных импульсов нормализаторов уровней 10 и 11 может быть сделана близкой к трапецеидальной (фиг. 2 в, 1.), в результате на выходе вычитающего устройства

13 импульс имеет также трапецеидальную форму. Учитывая вышесказанное, выходное напряжение интегратора 18 примет вид

+(, о„(ч= — u, (з) 3 где „вЂ” временной сдвиг между принятыми си гналами, обусловленный наличием вихря в жидкости;

Uo — уровень Ограничения нОрмализаторов 10 и 11.

B момент вреь ени t выходной сигнал нуль-органа 17 размыкает. первый ключ 15„ переводит второй триггер

22 в единичное состояние. (фиг. 2 и ), в результате чего второй ключ 16 замыкается (фиг..2к) и на вход интегратора 18 подается выходное напряжение первого нормалиэатора 10, проинвертированное с масштабным коэффициентом К

Выходное напряжение интегратора

18 начинает уменьшаться (фиг. 2n) и, когда оно достигнет нулевого уровня (момент времени t ), срабатывает второй нуль-орган 21, который переводит триггер 22 в нулевое состояние и размыкает ключ 16.

1016746

На выходе триггера 22 формируется временной интервал 7|,, равный 7и1= кв (> + Гэ) (4)

Выходной сигнал триггера 22 посту- пает на логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и запускает одновибратор

23, длительность импульса которого равна К „(Фиг. 2 м) . Выходной сигнал одновибратора 23 подается на второй вход логического элемента

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, и на выходе последнего формируется временной интервал длительностью К Г, (фиг. 2 м)

При этом в момент времени t+ открывается первая схема 26 совпадений, и импульсы с генератора 25 образцовой частоты поступают в течение интервала К г„ на первый счетчик импульсов 28 (фиг. 2 o) . В момент времени t > схема 26 совпадений закры- . 20 вается и счетчик 28 прекращает счет поступивших импульсов. Выходной код счетчика 28, равный М, поступает

61У на один вход цифрового делительного устройства 31, на другой вход кото- 25 рого подается выходной код Мт„с цифрового квадрирующего устройства

30, входом соединенного с выходом : + счетчика 29 импульсов (фиг. 2п) .

На выходе делительного устройства 30

31 формируется код М, равный

Й С.

)4 «)< " (6)

1 )42

35 где К., — коэффициент пропорциональности.

Код Й„ поступает на цифровое отсчетное устройство 32.

Затем наступает второй такт работы40 устройства. Коммутатор 3 подключает к акустическому преобразователю 12 усилитель 6 мощности, а к акустическим преобразователям 1„ и 1 — приемные усилители 4 и 5. Далее происходит процесс излучения преобразователем 1 и приема акустических сигналов преобразователями 1 „ и 13 °

Затем измеряется разность времен прихода 7 и время Т прохождения сигналов между иэлучаеням и приемно преобразователями. Во втором такте счетчик 28 фиксирует код(К„М +К М ) а счетчик 29 — код (Мт + М)- ) . Йа выходе делительного устройства 31 формируется код, равный

К1HС к2й

N = " "i f6) который подается на цифровое отсчетное устройство 32.

Аналогично происходит работа устройства в третьем и последующих тактах работы устройства.

В и -ом такте преобразователь 1> работает в качестве излучателя, а преобразователи 1„ и 1„ „ работают на прием. По окончании и -го такта на цифровом отсчетном устройстве 32 появляется результат измерения при

К = К2= ...= К = К1 и

Таким образом, выходной код устройства после и -го такта работы пропорционален среднему значению. вихревого компонента скорости потока. кк (. Е:) )

- -.. ° к ф= и го1 V 25 1 ®

) 25T где Г и Т вЂ” соответственно разность времен и время прохождения сигналов по периметру многоугольника Е.

После окончания всего цикла измереййй выходной сигнал блока 2 управления сбрасывает счетчики 28 и

29 в -нулевое состояние и все устройство приходит в исходное состояние.

В результате использования ненаправленных акустических преобразователей их юстировка существенно упрощается. В устройстве нет ограничений на размеры акустического контура, выполненного в виде многоугольника, что позволяет измерять вихревой компонент скорости потока на большой площади. В предлагаемом устройстве отсутствует погрешность вследствие разомкнутости акустического контура, так как за е тактов работы акустический луч проходит по замКнутому койтуру.

1016746

1016746

Составитель И. Сазонов

Редактор А. Курах Техредс.Мигунова Корректор О. Билак

ФФ ю Заказ 3380/46, Тираж 873 Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета СССР ло.делам изобретений и открытий

113035, Москва, М-35, Раущская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, .ул. Проектная -, 4