Ультразвуковой расходомер

Ультразвуковой расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР , содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, размещенных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через блок генерации и приема сигнала к входам блока разности, а также первый измеритель временного интервала , отличающийся тем, что, -с целью повышения точности измерений, он снабжен первой линией задержки, блоком коррекции и измерителем фазовой скорости, состоящим из двух электроакустических преобразователей, размещенных симметрично относительно одного из обратимых электроакустических преобразователей на равных расстояниях от стенки трубопровода и подключенных один непосредственно, а другой через вторую линию задержки к входам второго измерителя временного интервала, причем выходы блока генерации и приема сигнала один непосредственно , а другой через первую линию задержки подключены к первому измерителю временного интервала, а ВХОДЫ блока коррекции подключены соответственно к выходам блокаразности и первого и второго измерителей временного интервала. сл 2. Расходомер поп.1, отличающийся тем, что блок корс: рекции выполнен В виде первого и второго .умножителей и сумматора, причем первые входы умножителей соединены и подключены к первому входу сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго о умножителей. со СГ) С71 с

СОЮЗ COBEl СНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5D G 01 F 1 бб

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3416614/18-10 (22) 05. 04. 82 (46) 23. 07. 83. Бюл. Р 27 (72) В.Д.Глушнев (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 681.121(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 178128, кл, G 01 F 1/66, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 551509, кл. G 01 F 1/66, 1975 (прототип). (54) (57) 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДО—

МЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, размещенных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через блок генерации и приема сигнала к входам блока разности, а также первый измеритель временного интервала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен первой линией задержки, блоком коррекции и измерителем фазовой скорости, состоящим из двух электроакустических преобразователей, размещенных симметрично относительно . одного из обратимых электроакустических преобразователей на равных расстояниях от стенки трубопровода и подключенных один непосредственно, а другой через вторую линию задержки к входам второго измерителя временного интервала, причем выходы блока генераци:: и приема сигнала один непосредственно, а другой через первую линию задержки подключены к первому измерителю временного интервала, а входы блока коррекции подключены соответственно к выходам блока разности и первого и второго измерителей временного интервала.

2. Расходомер по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок коррекции выполнен в виде первого и С второго умножителей и сумматора, причем первые входы умножителей сое- Я динены и подключены к первому входу сумм тора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго умножителей.

1030656 —, ) Ъ эи

Изобретение относится к измерктельной технике и может быть использовано для измерения жидкостей в различных областях народного хозяйства.

Известны ультразвуковые расхадомеры, содержа1цие одну или несколько пар электроакустических преобразователей, расположенных на трубопроводе под углом к ега аск и подключенных к формирователю временных интер- 10 валов, обеспечивающему зондирование контролируемого потока жидкости с помощью ультразвуковых сигналов. Получаемая при этом разность времен распространения сигналов па потоку и против потока жидкости, прямо пропорциональна ее скорости (1).

Недостаткам даннога расходомера является низкая точность измерения из-за влияния на результа — измерения 2(} скорости распространения ультразвука

Наиболее близки1л по технической сущностк к изобретеник) является ультразвуковой импульсно-фазовь и рас- gq ходамер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных через коммутатор, один вход которого соединен с ге1»ераторам, а другой са схемой ла-..ики подключен к блоку разности, первый выход которого через первую схему савв падения подключен к первому счетчику, а второй через второй с:-ет ill»(- к входу схемы сраьнения копов, второй вход которой через третий с етчкк,. умножитель частоты к схему кзм;:ренин коэффициента умножения подключен .(Измерителю времен1»ога интервала, входы которого подключены соответственно к

E!ûõ0äàì ка1лмутатара и схеме логики. 40

Устройство содержит допалнитель-:;t» генератор, выходы которого подклю»ены к умнажителю частоты и через вторую схемy сОВ1тадения втОрай БХОд кОтОрой подключен к измерителю ",ðåмен:»îга ин †.»q тервала, к второму счетчику„»i)pit этом выход схемы сравнения кодов псдклюЧС. Н К ВТОРИЛ ВХОДаМ 1»OP»30. - . СХЕMb» СОВ падения и третьего счетчика 121.

Недоста ком даннага расхода .ера является низкая точнос b измерени=. иэ-за завкск1лости результата измеренкя от скорости распростране-»ия ульт раэвука вдаль стенки трубопровода, Целью кзобретения является повызз шение точности измерения.

Поставл нная цель достигается тем, что ультразвуковой расхадамер) содержащий.два обратимых электроакустических преобразователя, размещенных на протквоположнь)х стенках трубопровода и подключенных через блок ,генерации к приема сигнала к входам блока разности, а также первый измеритель временного интервала, снаб— жен первой линией задержкк, блокам,„:"-5 коррекции и измерителем фазовой скорости, состоящим из двух электроакустических преобразователей, размещенных симметрично относительно одного из обратимых электроакустических преобразователей на равных расстояниях от стенкк трубопровода и подключенных один непосредственно, а другой через вторую линию задержки к входам второго измерителя временког0 интервала, причем выходы блока генерации к приема сигнала один непосредственна, а другой через первую линию задержки подключены к первому иэмерителк) временного интервала, а входы блока коррекции подключены соответственно к выходам блока разности и первого и второго измерителей време »i»01 о интервала.

Прк этом блок коррекции выполнен в виде первого и второго умножитеЛЕй К СУ»л3ЛатОРа, ПРИЧЕМ ПЕРВЫЕ ВХОДЫ умножителей соединены и подключены к первому входу сумматора, второй и третий входы которого подключены соответственно к в»,глдам первого и второго умножителей, На чертеже изображена блок-схема устройства. у)»ьтразвукавай расхадомер сОстОит из двух обратимых электраакустических преобразователей 1 и 2, закрепленных при помощи звукопровадов

3 и » на противоположных стенках трубопровода, блока 5 генерации и

i-.ркема сигнала, блока 6 разности, первой линии 7 задержки, первого измерктеля и временноро интервала, измерителя Э фазовой скорости, содержащего два злектраакустических греобраэОвателя 10 и 11, втОрую линию 12 задержки н второй измеритель 13 временнага и;»тервала. Блок 14 коррекции содержит два умножителя 15 и 16 и сумматор 17.

Ультразвуковой расходомер работает следующим образом.

Блох 5 генерации к приема сигналов вырабатывает электрические сиге1алы е»апример импульсы под дейст вием котс рых обрати)лали электроакусTi» iecê:»,",i", преобразо ателями 1 и 2 и Зл /ча!О:с я ультра:зв укОвые си1- налы в трубопровод по потоку к проткв потока жид (nc Ti». После прохождения контролируемой жи;;.(асти данные curi»a.3 вновь преобразуются преобразователями 1 и 2 3 электрические и

BGc."ipi»íiëiiàþòñH блоком 5 генерации и приема сигнала, который производит формирование интервалов времени, пропорциональных времени распространения c:.»ãналов по потоку и против потока жидкости

2 E — 3 )QL)-Щс 5»и9Ц с»)"- д I + Ц (=ЗtЫC! uысчтд))

СОЗ О. ) ЬВ) 1030656 где Т, Т2 — времена распространения ультразвука по потоку и против потока жидкости;

D — диаметр трубопровода;

С, g — скорость и угол распространения ультразвука в жидкости;

8 — расстояние между точками ввода и вывода ультразвуковой волны из стенки трубопровода;

U — скорость потока жидкости

V — фазовая скорость ультразвука вдоль стенки трубопровода, т.е. ско- )5 рость движения фронта ультразвуковой волны ндоль стенки; время распространения

36 ультразвука в знукопроводах 3 и 4.

Из данных интервалов времени блоком 6 разности определяют разностный интервал времени, пропорци. ональный измеряемой скорости потока!

О 7=С -т„=К, Ч, где K> —— Р/(С Ч. сон9)

Коэффициент преобразования расходомера КЧ может быть определен через полусумму времен распространения Тл и Т2 1ТтЧ вЂ” < ) +Э к (тv e) v2

35 где TZ =(Т2+Т„) /2- ц

Для комйенсации зависимости коэффициента преобразования и результата измерения Т от скорости ультразвука в контролируемой жидкости С и в стенке трубопровода первым измерителем 8 временного интервала и измерителем 9 фазовой скорости ультразвука вдоль стенки трубопровода измеряются отклонения величин Т и

Ч от своих номинальных (средних) значений. При этом измеритель 8 работает следующим образом. Первые импульсы, поступающие на вход первой линии 7 задержки и сигнализирующие о начале интервалов времени

Т1 и Т, задерживаются ею на время, равное номинальному значению поЛУСУММЫ ВРЕМЕН Тл И Т2 — Т о+ зв.

Поэтому первым измерителем 8 временного интервала будет измерен разностный интервал времени Т -Т о

Yò К (Т ТЕ ) К4АТ (4)

Ео где Y -выходная величина измеритет ля 8 (например, цифровой код или напряжение);

К -коэффициент преобразования

4 измерителя 8;

Т -номинальное значение не о личины Т .

Принцип действия измерителя 9 фа. зоной скорости ультразвука ндоль стенки трубопровода следующий. Ультразвуковой сигнал, распространяющийся от злектроакустического преобразователя 1, после прохождения контролируемой жидкости распространяется в стенке трубопровода и поочередно поступает на акустические приемники 10 и 11. Интервал времени между моментами поступления сигналов на приемники 10 и 11 составит величину

= s/v (5) где S — расстояние между приемниками 10 и 11 вдоль стенки трубопровода.

Сигнал с приемника 11 дополнительно задерживается второй линией 12 задержки на время, равное номинальному значению времени . Поэтому вторым измерителем 13 временного интервала будет измерен разностный интервал времени и на его выходе образуется сигнал

S S AV

K (- — t ) = — К вЂ” — (6)

2V 3 V V где . = S/×, дЧ = V — Ч„;

К вЂ” коэффициент преобразования второго измерителя 13 временного интервала; время задержки сигналов линией 12 задержки;

V — номинальное значение скоО рости ультразвука вдоль стенки трубопровода.

Измеренные величины Y и Уу умножаются блоками 15 и 16 умножения на выходную величину блока 6 разнос-.èÜY . После суммирования сумматором 17 выходных величин блоков 15 и 16 умножения и величины Уд на его выходе образуется сигнал, величина которого в соответствии с выражениями (3), (4), (6) определяется следующим образом (Т Ч -C) +D 3 К ОКА. х (т ч-е1ч

«(!+К, „АГ -k k ) (7> д(! о

:де K К вЂ” коэффициенты преобразования.

При правильном выборе коэффициентов преобразования измерителей 8 и 13

Кл ик2 Co -(т

К;- - (—, )(,т„,) (Ц изменения скорости ультразвука в контролируемой жидкости С и в стенке трубопровода V будут приводить к изменению сомножителей в выражении (7). Данные изменения будут оди-, наконы по величине, но противополож6

1030656

ВНИИПИ Заказ 5192/42 Тирюк 643 Подп

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ны по знаку, поэтому полный коэффи- цнент преобразования расходомера К с достаточно высокой точностью будет оставаться постоянным. Например, для стальных трубопроводов изменение фазовой скорости ультразвука Ч при изменении температуры контролируемой среды в пределах 25ОС достигает 1%, при зтам погрешность расходомера без применения измерителя фазовой скорости U и блока коррек- 0 ции составит величину около 2Ъ. ПримЕнение указанных узлов расходомера позволяет снизить его погрешность до -0,1%. При тех же условиях измечение скорости ультразвука в контролируемой жидкости составит около

6Ъ, а применение блока коррекции уменьшает погрешность расходомера с 3 до 0,2В. Таким образом, использование описанной схемы расходомера, позволяет производить коррекцию одновременно по двум параметрам: скорости ультразвука в контролируемой жидкости и в стенке трубопровода, и благодаря этому повысить точность измерения расходомера.