Ультразвуковой расходомер

Ультразвуковой расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода по углам равнобедренного треугольника три электроакустических преобразователя , каждьй из которых выполнен с двухлучевой диаграммой направленности , генератор и измерительный блок, соединенный с индикатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения , измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных предварительного усилителя, амплитудного детектора, широкополосного усилителя и частотомера, причем выход генератора подключен к двум электроакустическим преобразователям, расположенным на одной из стенок трубопровода , a вход предварительного усилителя подключен к третьему электро (Л акустическому преобразователю, расположенному на противоположной стенс ке трубопровода.

СОЮЗ COBETCHHX

О%И ЛН

РЕСПУБЛИК: аю 01) зад С 01 1/66.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3528699/18-10 (22) 29.12.82 (46) 15.07.84. Бюл.N 26 (72) А.Н.Голубко, С.Н.Конев, Л.А.Сущев и В.Я.Федоров (71) Куйбьппевское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика" (53) 681.121(088.8) (56) 1. Биргер Г.И., Бражников Н.И.

Ультразвуковые расходомеры, М., "Металлургия", 1964, с.67.

2. Авторское свидетельство СССР й422958, кл. Q 01 Р 1/66, 1972 (прототип). (54)(573 УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОИЕР, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода по углам равнобедренного треугольника три электроакустических преобразователя, каждый иэ которых выполнен с двухлучевой диаграммой направленности, генератор и измерительный блок, соединенный с индикатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных предварительного усилителя, амплитудного детектора, широкополосного усилителя и частотомера, причем выход генератора подключен к двум электроакустическим преобразователям, расположенньм на одной из стенок трубопровода, а вход предварительного уси- I лителя подключен к третьему электроакустическому преобразователю, рас-. положенному на противоположной стенке трубопровода.

76 (z) 55 гдето „ — амплитуда электрическо го сигнала несущей частоты на выходе генератора;

1 110З0

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может найти применение в технике непрерывного контроля расхода жидких и газообразных сред. 5

Известен ультразвуковой расходомер, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопрово- да два излучающих преобразователя подключенных к генераторам, и два 10 приемных преобразователя через усилители связанные со схемой выделения разностной частоты, выход которой подключен через измеритель частоты к индикатору, а также модуляторы, 15 подключенные между выходами усилителей и входами генераторов Р1 3.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения. 20

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой расходомер, содержащий расположенные на противоположных стенках трубопровода но углам равно- 25 бедренного треугольника три электроакустических преобразователя, выполненных с двухлучевой диаграммой на-, правленности, генератор, подключенный к одному из преобразователей, схему 50 измерения разности фаэ, подключенную к двум преобразователям, расположенным на противоположной стенке трубопровода, индикатор, подключенный к выходу схемы измерения разности фаз(2

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная наличием динамической асимметрии амплитуд сигналов, прошедших в направлении по и против потока измеряемой среды. Эта асимметрия приводит к значительным погрешностям и снижению точности измерений. К тому же, при контроле известным способом сред, характеризуемых большим затуханием ультразвука, в них наблюдается сдвиг рабочего диапазона изменения фаз за пределы рабочей характеристики фазового детектора, другими словами, диапазон измерения расхода контролируемой среды ограничен сверху максимально допустимой разностью фаз, прошедших поток колебаний aV „=360

Целью изобретения является увеличение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом расходомере, содержащем .расположенные на противоположных стенках трубопровода по углам равнобедренного треугольника три электроакустических преобразователя, выполненные с двухлучевой диаграммой направленности, генератор и измерительный блок, соединенный с индикатором, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных предварительного усилителя, амплитудного детектора широкополосного усилителя и частотомера,-причем выход генератора подключен к двум электроакустическим преобразователям,расположенным на одной из стенок трубопровода, а вход предварительного усилителя подключен к третьему электроакустическому преобразователю, расположенному на противоположной стенке трубопровода.

Сущность технического решения заключается в следующем.

Если принять угол раствора лепестков диаграммы направленности приемного электроакустического преобразователя равными=сооИ,то мгновенное напряжение на приемном электроакустическом преобразователе при условии одновременного возбуждения обоих излучателей описывается .выражением

Ц=М cos Я4 cos(w4+4J (4) гдето — амплитуда электрического сигнала на приемном электроакустическом преобразователе при начальных условиях (скорость потока равна нулю Ч=О);

Я - частота биений или круговая частота амплитудной модуляции, возникающая в результате пространственной интерференции двух акустических волн при V Ф 0; о — несущая круговая частота;

У вЂ” сдвиг фазы;

V — - скорость контролируемого потока.

В статике когда V=O амплитуда электрического сигнала на приемном электроакустическом преобразователе описывается выражением ю,= н „пе с э У/2.

1103076

К„ — коэффициент передачи преобразователя расхода при Ч =О.

В динамике, когда ЧФО, амплитуда электрического сигнала на приемном электроакустическом преобразователе описывается выражением:

V„„= V с05 Я 4 в о !

О

Частоту пространственных биений, несущей частоты, возникающей в результате интерференции двух направленных по и против потока волн, определяют из выражения

t5

I 2 — sin Ч/2

2VC sin (2 „С ц), (yp

c -(Vsin 4/2 1-(< sin 62/ где V(C — критерий Маха.

При малых значениях критерия Маха (— (О, 1), членом (— sin M(2 ), V Ч можно пренебречь. Тогда выражение (4) принимает вид 25

Q 2 — sit1 - - ш

Ч

С 2 (5} где Vsin 4/2 — проекция вектора скорости потока на вектор скорости звука.

Из выражения (5), видно, что частота биений, возникающая в результате интерференции двух акустических волн, проходящих через контролируемую. среду по и против потока, пропорциональ35 на скорости потока и является мерои объемного расхода. Объемный расход контролируемой среды равен

Я=15 (6) 4О где 5 — площадь поперечного сечения трубопровода.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Расходомер содержит расположенные на противоположных стенках трубопровода 1 два излучающих 2 и 3 и один приемный 4 электроакустических преобразователя, генератор 5, предварительный усилитель Ь, амплитудный детектор 7, широкополосный усилитель 8, частотомер 9 и индикатор 10.

Устройство работает следующим образом.

Биморфные преобразователи 2 и 3 с двухлучевой диаграммой направленности, возбуждаемые от генератора 5, излучают ультразвуковые волны по потоку и против потока соответственно.

Ультразвуковые волны, прошедшие из-, меряемую среду по и против направления потока, принимаются приемным преобразователем 4, имеющим такую же диаграмму направленности что и преобразователи 2 и 3. Мгновенное напряжение переменного тока на выходе электроакустического преобразователя 4 описывается выражением (2). Для работы амплитудного детектора на линейном участке рабочей характеристики сигнал с выхода злектроакустического преобразователя 4 усиливается предварительным усилителем до уровня, достаточного для работы амплитудного детектора.

Для нормальной работы частотомера

9 сигнал с выхода амплитудного детектора 7 усиливается широкополосным усилителем низкой частоты 8.

Индикатор 10 показывает величину, пропорциональную скорости потока или объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе 1, приведенных к нормальным условиям (Тд=293,15 К и Р =О, 101048 МПа) .

Устройство позволяет повысить точность измерения, расширить динамический диапазон скоростей контролируемых потоков.

1103076

Заказ 4941/29 Тираж 610 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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

Составитель Н. Бурбело

Редактор M. Товтин Техред T.Äóáèí÷àê Корректор Л. Пилипенко