Ультразвуковой расходомер

Ультразвуковой расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскмх

Социалмстмческнх

Республик

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 13.02.78 (21) 2592803/18-10 (5! )М. Кл .

GI 01 F 1/66 с присоединением заявКи,%

Гвсударсткаилый камитет

СССР (23)Приоритет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень Рй 19

Ъ

Дата опубликования описания 26.05,80 до делам изобретений и открмтий (53) УДК 621 121.8<088.8> (72) Авторы изобретения

П.-Б.П.Милюс, К.-B.Þ. Бернатонис и A.. В. Тамулис

Каунасский политехнический институт им. Антанаса

Снечкуса (7I ) Заявитель (54} УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методом и может быть использовано в системах измерения скорости потока.

Известен ультразвуковой расходомер, содержащий несколько пар "излучательприемник ультразвуковых колебаний, расположенных в плоскости, пересекающей контролируемый поток, на одинаковых расстояниях друг от друга $1), Недостатками расходомера являются невысокая точность измерения вследствие того, что преобразователи установлены непосредственно в потоке и создают повышенную турбулентность в зоне зондирования ультразвуком, а также недостаточное быстродействие измерения н сложность схемы расходомера, что обусловлено тем, что пары преобразователей посредством усилителей соединены последовательно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой расходомер, содержащий ульт2 развуковой излучающий пьезопреобраэователь с двухлучевой диаграммой направленности, два расположенных на противоположной от излучающего пьеэопреобразователя стенке трубопровода ультразву ковых приемных пьезопреобразователя, схему измерения с возбуждающим генератором, подключенным к ультразвуковому излучающему пьезопреобразователю, и индикатором f2j.

Недостатком этого измерителя является узкий частотный диапазон преобразователей с двухлучевой диграммой направленности, что исключает возможность работы в импульсном режиме, который

15 позволяет реализовать высокую точность измерения. Брль изобретения — повышение точности измерения.

Для этого в предлагаемам устройстве ультразвуковые пьезопреобразователи расположены по углам прямоугольного треугольника и выполнены в виде поляризованных по длине пьезоэлектрических 359 "3 ф

15

35

55 стержней с нанесенными на торцовую и боковую поверхности токопроводящими электродами, причем боковые электроды излучающего и одного из приемнь х пьезопреобразователей, расположенных в острых углах прямоугольного треугольника, ° выполнены под углом к торцовым активным поверхностям пьезоэлектрических стержней и параллельно друг другу,, а боковой электрод другого приемного пьезопреобразователя выполнен параллель.но торцовой активной поверхности пьезоэлектрического стержня, в схему изме- рения введены два формирователя временных интервалов, блок памяти временных интервалов, функциональный преобразова тель, блок разностного интервала вре/ мени и решающее устройство, причем к первым входам двух формирователей временных интервалов подключены соответственно первый и второй ультразвуковые приемные пьезопреобразователи, а ко вторым входам — выход возбуждающего генератора, выход первого формирователя временных интервалов соединен с первым входом блока памяти временных интервалов, вторым входом подключенным к выходу второго формирователя временных интервалов, который также соединен с входом функционального преобразователя, выход блока памяти временных интервалов соединен с одним из входов блока . разностного интервала времени, другой вход которого подключен к выходу функционального преобразователя и с первым входом решающего устройства, второй

I вход которого соединен с выходом блока . разностного интервала времени, третий вход решающего устройства соединен с выходом второго формирователя временных интервалов, а выход решающего устройства подключен к индикатору.

На чертеже представлена структурная схема расходомера.

Ультразвуковой расходомер содержит расположенные на стенке трубопровода 1 ультразвуковой излучающий пьезопреобразователь 2 с двухлучевой диаграммой направленности и два ультразвуковых приемных пьезопреобразователя 3 и 4, один из которых (пьезопреобразователь

3) имеет однолучевую диаграмму направленности, а другой (пьезопреобразователь 4) двухлучевую. Ультразвуковые пьеэопреобразователи 2, 3 и 4 расположены в держателях 5 по углам прямсугольного треугольника 6 и выполненны" в виде поляризованных по длйне пьезоэлектрических стержней с нанесенными на торцовую и боковую поверхности токопрово- . дящими электродами 7. Причем боковые электроды пьезопреобразователей 2 и 4 выполнены под углом к торцовым активным поверхностям и параллельно друг другу, а боковой электрод пьезопреобразователя 3 выполнен параллельно торцовой активной поверхности.

Блок измерения содержит возбуждающий генератор 8, подключенный к излучающему пьезопреобразователю 2 и два формирователя временных интервалов 9 и 10. К первым входам последних подключены соответственно первый 3 и второй 4 приемные пьезопреобразователи, ко вторым входам — выход возбуждающего генератора 8. Выход первого формирователя временных интервалов 9 соединен с первым входом блока памяти временных интервалов 11, вторым входом подключенным к выходу второго формирователя временных интервалов 10, который также соединен с входом функционального преобразователя 12, выход блока памяти временных интервалов 11 соединен с одним из входов блока разностного интервала времени 13, другой вход которого подключен к выходу функ ционального преобразователя 12, и с первым входом решающего устройства 14, второй вход которого соединен с выходом блока разностного интервала времени 13.

Третий вход решающего устройства 14 соединен с выходом второго формирователя временных интервалов 10, а выход решающего устройства 14 подключен к индикатору 15. расходомер работает следующим образом.

Для пьезопреобразователей с неоднородным электрическим полем источниками ультразвука являются торцовая и боковая поверхности пьезоэлектрического стержня, на которых расположены электроды 7.

Из-за интерференции акустических сигналов в стержне, вызываемой линейноизменяющимся расстоянием между плоскостями электродов 7, диаграмма направленности такого пьезопреобразователя имеет два максимума, первый, перпендикулярный к торповой поверхности, второй под углом к торцовой поверхности пьезопреобразователей 2 и 4. Диаграмма направленности пьезопреобразователя 3, рабочие электроды 7 которого параллельны друг другу, имеет один максимум, перпендикулярный к торцовой поверхности. ч-к — :- -, L З С где

> к- с =— я. с+се о(15

Ультразвуковой расходомер, содержащий ультразвуковой излучающий пьезопреобразователь с двухлучевой диаграм мой направленности, два расположенных иа противоположной от излучающего пьезопреобразователя стенке трубопровода ультразвуковых приемных преобразователя, и схему измерения с возбуждающим генератором, подключенным к ультразвуковому излучающему пьезопреобразователю, и индикатором, о т л и ч а ю; шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, ультразвуковые пьвзопреобразователи расположены по углам прямоугольного треугольника и выполнены в виде поляризованных по длине пьезоэлектрических стержней с нанесенными на торцовую и боковую поверхности токопроводящими электродами, причем боковыв электроды излучающего и одного из приемййх пьезопреобразователей, расположенных в острых углах прямоугольного треугольника, выполнены под углом к торцовым активным поверхностям пьезоэлектрических стержней и параллельно друг другу, а боковой электрод другого приемного пьезопреобразователя выполнен параллельно торцовой поверхности пьезоэлектрического стержня, в схему измереник введены два формирователя временных интервалов, блок памяти временных интервалов, функциональный преобразователь, блок разностного интервала врем ни и решающее устройство,, прячем к первым входам двух формирователей временных интервалов подключены соответственно первый и второй ультразвуковые приемные пьезопреобразователи, а

5 7359

Подобные пьезопреобразователи обладают широкой полосой пропускания, что позволяет реализовать импульсный режим работы расходомера.

При расположении пьезопреобразова- телей 2, 3 и 4 по углам прямоугольного треугольника скорость потока определяется формулой

И вЂ” расстояние между пьвзопреобразователями 2 и 3; расстояние между ньезопреобразователями 2 и 4» о(— угол между вектором скорости потока и прямой

С. — скорость ультразвука в среде.

Схема расходомера реализует этот алгоритм.

Импульсный генератор 8, работающий

25 в автоколебател6ном режиме с периодом повторения -, превышающим максимально возможный интервал времени <. возбуждает излучающий преобразователь 2 с двухлучевой диаграммой направленности и, 30 . одновременно запускает формирователи

9 и 10. временных интервалов и <. .Ультразвуковой импульс проходит исследуемый поток и принимается пьезоприемниками 3 и 4. Интервал времени

С соответствует времени прохождения акустическим сигналом расстояния И, а Г- — времени прохождения сигналом расстояния . Принятый пьезопрео=ра.зователями 3 и 4 ультразвуковой сигнал

4С преобразуется в электрический и поступает соответственно на вторые входы формирователей 9 и 10 временных интервалов Ф и Ь

На выходе формирователя 9 образует45 ся импульс длительностью, который поступает на блок 11 памяти временных интервалов Г, в котором запоминается до окончания импульса с выхода формирователя 10. На выходе последнего обраЫ зуется импульс с длительностью который одновременно поступает на функциональный преобразователь 12 Кс . Первый вход решающего устройг2 55 ства 14, в котором запоминается (аналогично блоку 11) до прихода импульса с выхода блока ) 1, и на второй вход блока памяти 11. IL

23 6 длительностью г импульс длительностью - с выхода блока памяти 11 поступает одновременно на решающее устройство 14 и блок разностного интервала времени 13, на второй вход которого поступает импульс с выхода функционального преобразователя 12 = К С . При этом на выходе блока 13 образуется импульс с длительностью 3<-К Е> который поступает на третий вход решающего устройства 14, который осуществляет следую щив операции: Ф ха,t<-k c >

5 %9., хК.

° (На выходе решающего устройства йолучается сигнал, соответствующий скорости потока, кодируется и поступает на индикатор 15.

Формула изобретения

Р ".

„,„", -.м. -. -7359 ко вторым входам — выход,"возбуждающего генератора, выход первого формирова: еля временных интервалов соединен с

1 первым входом блока памяти временных ййтермАов, вторым входом подключены к выходу второго формирователя времен-. ных интервалов, который также соединен с входом функционального преобразователя, выход блока памяти временных интер валов соединен с одним из входов блока 10 ра ностного интервала времени, другой вход которого подключен к выходу функционального преобразователя, и с первым входом решающего устройства, второй

23 8 вход которого соединен с выходом блока разностного интервала времени, третий вход решающего устройства соединен с выходом второго формирователя временных интервалов, а выход решающего устройства подключен к индикатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 502225, кл. Q 01 F 1/66,1974.

2. Авторское свидетельство СССР

No. 422958, кл. С 01 F l/66, 1972 (прототип) .

Составитель В. Антипов

Редактор Т. Иванова Техред А. Шепанская Корректор А. Гриценко

Заказ 2411/32 Тираж 801 Подписное

Ш1ИИПИ Государственного комитета СССР

° по делам изобретений и открытий

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

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