Корреляционный измеритель скорости потока

Корреляционный измеритель скорости потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Республик (»>?359>>

,,„.1 (si)M. Кл, (6E ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено13,02,78 (2) ) 2595065/18-10 с присоединением заявкИ ¹ (23) Приоритет

G 01 F 1/00

@01 Г 15/04

Государственный комитет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень ¹19

Дата опубликования описания 27,05.80 по деиам изобретений и открытий (5З) УДК 531.7:

:621,317.39 (088.8) (72) Авторы изобретения

К. В. Ю. Бернатонис, П-Б. П. Милюс и А. В. Тамулис

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (71) Заявитель (54) КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение предназначено для измере-! ния скорости и определения направления потока жидкостей, суспензий и газов, перекачиваемых по трубопроводам., Известен ультразвуковой (УЗ) расходомер, содержащий преобразователь, две схе- мы синхрокольца, состоящие из усилителей импульсов, генераторов импульсов и пьезоэлементов, схему совпадения, формирователь и частотомер, отличающийся тем, что, с пел ью повышения точности измерений

1Î на выходе генератора импульсов каждой ° схемы синхрокольца подключен соот ветствующий одновибратор, выход котОрОГО сОединен с соотве Гствующим входом схемы совпадения, причем выход схемы совладения соединен через формирователь с частотомером (11.

Недостаточная точность такого расходо мера обусловлена акустическими помехами, возникающими в перекачиваемой жидкости или суспензии, например, вследствии движения в турбулентном режиме, Кро/

Ъо

2 ме того, этому расходомеру характерно низкое быстродействие.

Известны устройства, в которых используются активные излучатели, сигналы которых модулиррэтся флуктуациями текущей жидкости (2).

Низкая точность таких устройств обуоловлена тем, что используются сигналы с базой В = 21-Т 1, где F - ширина спектра, Т- длительность реализации.При этом требуются значительные отношения сигнал/шум на выходе приемника, так как при детектировании неизбежны потери.

Известен ультразвуковой расходсе тер, содержащий установленные на трубопровсьде излучатель и приемник и соединенное с ними решающее устройство, отличающийся тем, что, . решающее устройство выполнено по схеме экстремального корре лометра, вход блока задержки которого соединен с излучателем, а вход умножите ля - с приемником (31.

Низкая точность этого расходомера в основном обусловлена двумя причинащи а) в этом устройстве применяются преобразователи, которые могут возбуждать

УЗ колебания только в узкой полосе частот о) при измерении зондирующие акустические колебания дважды проходят слоистые среды (стенки трубопровода), поэтому разным составляющим шумоподобного акустического процесса характерны различные коэффициенты преломления и поглощения, 1о иэ-эа чего зондирующему сигналу присущи большие нелинейные искажения частотного и энергетического спектра, которые ухудшают точность и надежность измерения.

Кроме того, расходомер не может опре-1 > делить направление движения потока, °

Целью изобретения является повышение точности измерения и определение направления потока.

Поставленная цель достигается тем, >о> что ультразвуковой расходомер снабжен вторым приемником, измерителем временных интервалов, функциональным преобразователем, решающим устройством, задающим генератором и переключателем, входы 2 ко горого соединены с первым и вторым приемниками, а выход — со вторым входом "" " кбррелометра, выход которого через последовательно соединенные измеритель временных интервалов и функциональный преобразователь подключен к решающему устройству, а выход задающего генератора соедийен с управляющими входами изМерИтеля временных интервалов и переклю чателя, при этом излучатель и приемники >. расположены в углах прямоугольного тре ут ольника и выполнены в виде круглых стержней, поляэированных ь продольном направлении, причем рабочие электроды нанесены на торцовую и боковую поверхнос.40 ти излучателя, а электрод на боковой по верхйости излучателя и введенного приемника выполнен в виде кольца, плоскость которого расположена под углом с торцовой плоскостью стержня.

45 ,На фиг. 1 показана структурная схема

: предлагаемого устройства, на фиг. 2 -диа грамма направленности преобразователей; на фиг. 3 — частотная зависимость коэффициента передачи применяемых акустических

:>0 преобразователей, Устройство содержит трубопровод 1, на котором установлены излучатчь 2, первый 3 и. второй 4 приемники шумоподобных УЗ колебаний, находящихся в непосреу ственном акустическом контакте с движу щимся потоком. При этом излучатель 2 и приемники 3 и 1 расположены в углах

3 735922 ( прямоугольного треугольника так, что оси симметрии излучателя и первого приемника 3 совпадают, а прямая, соединяющая геометрические центры активных поверхностей излучателя 2 и второго приемника 4 с касательными этим поверхностям ! составляет определенные углы, равные о .

Устройство содержит также генератор шума 5; коррелометр 6, первый вход которс го параллельно соединен с выходом г енеpampa шума и входом излучателя 2, а выход - с измерителем временных интервалов 7; функциональный преобразователь

8, к входам которого непосре ютвенно подключены первый и второй выходы измерителя интервалов времени 7, а выходы соответственно соединены с первым и вто рым входами решающего устройства О; задающий генератор 10 и переключатель 11.

Устройство работает следующим образом. Под непрерывным воздействием выход-, ного напряжения генератора шума 5 излучатель 2 возбуждает широкополосные акус тические колебания х(1) случайного ха рактера, которые распространяются в потоке.

Излучатель 2, первый 3 и второй 4 приемники выполнены в виде круглых стержней, поляризованных в продольном на правлении. Рабочие электроды нанесены на торцовую поверхность пьезоэлектричеокого стержня и боковую поверхность (кольцевой). Такое расположение рабочих элект родов позволяет реализовать пьезопреобразователи с неоднородным полем. Для пьезопреобразователей 2; 3 и 4 с неоднородным полем источниками ультразвуковых волн являются торцовая поверхность пьезоэлектрического стержня у электрода и плоскость, в которой расположен боковой электрод. Поскольку электрод на боковой поверхности пьезоэлектрического стержня выполнен в виде кольца, который расположен в плоскости, составляющей определенный угол с торцовой плоскостью стержня, и"- за интерференции акустических сигналов в стержне, вызываемой линейно изменяющемся расстоянием между плоскоотями электродов, диаграмма направленности такого пьезопреобразователя имеет два максимума: первый, перпендикулярный к торцовой плоскости, второй, расположенный под углом О = 45 к торцовой по верхности пьезопреобразователя (см.фиг.2) ., Это вызвано тем;что при импульсном воэбуждении таких пьезопреобразователей на излучающей поверхности торцового электро7 3 9 да получается неравномерное по амплитуде и форме распределения упругих смешений. Диаграмма направленности пьезопреобразоватепя 3, рабочие электроды которого являются параллельными, имеет максимум, перпендикулярный к торцовой поверхности. Пьезопреобразователи с неоднородным JIoJIPM обладают широкой полосой пропускания. На фиг. 3 приведена амплитудно-частотная характеристика электро- 0 акустической цепи пьезоизпучатепь 2— пьезоприемник 4 дпя пьезопреобразователей с неоднородным полем при работе в воде { К„ /К. — нормированный коэффициент передачи электроакустической цепи, 1 — частота) . Широкий частотный спектр передаваемого через исследуемую среду акустического сигнала позволяет значительно повысить точность корреляционного измерителя скорости потока.

Шумоподобные колебания х(), возбужденные излучателей 2, принимаются первым 3 и вторым 4 приемниками. Скс рость распространения УЗ .колебаний в на правлении от излучателя 2 до первого

3 и второго 4 приемников различна: скорость распространения в направлении излучатель 2 — первый приемник 3, = с в направлении излучатель 2 — второй приемник 4 V = с +Я, где с - сксо30 со 4. рость УЗ колебаний в стоящем потоке, Q — ". îðîñòü потока. Информация о значенцял и 9 заключена в величинах Ч„ и 4 . Так как заранее известны расстояния зондирования: излучатель 2 — первый

3 приемник (равно 4 ) и излучатель 2 второй 4 приемник (равно с. ), вместо

,4 и 4< целесообразно измеря гь обратно пропорциональные этим величинам

40 временные интервалы и и, необходимые для прохождения шумоподобными УЗ колебаниями х(t- ) указанных расстояний.

Дпя определения временных интервалов 11 и С на первый вход коррелометра 6 под45 ключен выход генератора шума 5, а на .второй через переключатель 11, поочередно подключаются выходы первого 3 и втс рого 4 приемников.

Вычисленные взаимокорелпяциойных функций изпученных и принятых сигналов начинается по командам задающего генератора 10. В начальный момент времени задающий генератор одновременно запускает измеритель временных интервалов 7 и переводит переключатель 11 в состояние, I когда выход первого приемника 3 подключен ко второму входу коррелометра 6.Первый приемник 3 принимает шумоподобные

22 6 процессы x (t ), задержанные но времени.

Поэтому в момент максимума взаимокорреляционной функции на выходе коррепометра 6 определяется наиболее вероятный временной ин0ервйп Г = h/с . Как было отмечено выше, измеритель интервалов времени 7 зАпускается от управляющего импульса задающего генератора 10, а выход коррелометра 6 последовательно подключен к входу измерителя интервалов времени 7. Следовательно в момент максиму» ма взаимокорреляционной функции на первом выходе измерителя интервалов времени 7 сформируется прямоугольный импульс длительностью . При этом задающий генератор 10 заново запускает измеритель

7 и переводит переключатель 11 в такое состояние, когда выход второго приемни ка 4 подключен ко второму входу корреt лометра 6. В данном случае в момент максимума взаимокорреляционной функции на выходе коррелометра 6 определяется наиболее вероятный временной интервал с = — И I (с Ч л . ). Аналогичным путем на втором выходе измерителя временных. интервалов образуется прямоугольный импульс длительностью С . После некоторых преобразований выражений, определяющих с и .е, получают

С.„© -h (0, C соь «. / Ь

1 (1)

Для реализации алгоритма (1) выходы измерителя интервалов времени 7 не посредственно соединены с первым и вторым входами функционального преобразователя 8. Прямоугольный импульс длител ности с - с первого выхода измерителя интервалов времени 7 подается на первый вход функционального преобразователя 8, на выходе которого образуется постоянное напряжение;О, пропорциональное длитеп ности импульса Ф . Напряжение 01 íà определенное время запоминается пиковым детектором и подается на первый вход решающего устройства 9. На второй wcosa решаюшего устройства поступает постоянное напряжение Q<, пропорциональное длительности импульса С . Решающее устройство

9 содержит два,канала входа, делитель, выходной канал и 11ифровой индикатор, Оно в основном выполняет следующие функции; в первом канапе входа делит постоянное напряжение U;< и О, получая сигнал пропорциональный отношению - .1(, и

С ж вычитает постоянное h /Г, во втором канале напряжение U> умножает на постояиний квеффиниеит К =яи-h×à . На вы

22 8 входы которого соединены с первым и вто.. рым приемниками, а выход — со вторым входом коррелометра, выход которого через последовательно соединенные измеритель временных интервалов и функциональный преобразователь подключен к решающему 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 торцовук, 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.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 468094, кл. +01 F 1/00, 1975, 2. Патент Великобритании N 1359151, кл. Gl N опублик, 1974, .3, Авторское свидетельство СССР

N 446753, кл. С 01 F 1/00, 1975 (прототип) . ходе делителя получается сигнал " а — ко пропорциональный скорости потока котОрый в выходном канале кодируется в цифровую форму и подается на цифровой индикатор, Реализация алгоритма (1) поз- 5 воляет не только определить абсолютное значение скорости потока V, но и установить его направление. Информация о направлении потока заключена в знаке разницы <. /С вЂ” hj0 (алгоритм 1). Поэтс )n му знак величины Ч однозначно определяет налравление потока.

Фовмула изобретения

Корреляционный измеритель скорости потока, состоящий из установленных на трубопроводе излучателя и приемника ультразвуковых колебаний, генератора шума, 20 выход которого соединен с излучателем и первым входом экстремального корре-. лометра, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения и определения направления потсжа, он снабжен вторым приемником, измерителем временных интервалов, функционалы ым преобразователем, решающим устройством, задающим генератором и переключателем

Ф

735922

475

D о,ч о

Фим

ЦИ ИИПИ Заказ 241 1/32 Тираж SO 1 Подписное

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