Устройство для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока

Устройство для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е,792из

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцкапнсткческих

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

3 (22)Заявлено 25.0l.79 (21) 2717042/18-10 (5) ) M. Кд.

G 0l Р 5/00

5 Ol Г 1/66 с присоединением заявки .%

Государственный камнтет (23) Приоритет по девам нзвбретеннй н отнрытнй

Опубликовано 30. l2.80. Бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 03.01.81 (53) УДК 534. .22(088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Рагаускас и В. Г. Данилов

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УЛЬТРАЗВУКОВЫХ

ИЗМЕРИТЕЛЕЙ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к области поверочно-наладочной аппаратуры и может быть использовано для определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока и расходом еров.

Известно устройство для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока, содержащее двухканаль1о .ный акустический преобразователь с пьезоэлектрическими излучателями и приемниками, генератор, регулятор временного сдвига и измерительный прибор (11.

Это устройство не может быть ис!

5 пользовано для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока в зависимости от давления (напора) потока, а также характеристик акустических шумов, возникающих в потоке при его . движении в трубе. Это связано с тем, что отсутствуют методы формирования эталонных потоков с давлением контролируемой среды, флуктуиру ющим по известному закону и акустическими шумами потока, с управляемыми в необходимых пределах статистическими характеристиками. В режиме градуировки известное устройство позволяет осуществлять фактически только градуировку электронного блока обработки информации измерительного прибора и не охватывает пьезоэлектрических преобразователей и приемопередатчиков. Таким образом значительно снижается точность градуировки и ограничена область применения известного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для градуировки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителеи =корости потока, содержащее термоблок с емкостью для контролируемой среды, в которой установлены электроакустпческие датчики измерителя скорости потока, приемопередатчик, соединенный с датчиками, блок

3 792143 регулируемой временной задержки, вычисли- ра тельный блок и подключенный к его Выходу не блок регистрации P). кл

Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные 5 ра возможности, а также невысокая точность

50 градуиравки и определения метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока, вызванные тем, что при градуировке и определении метрологических характеристик измеряемого потока (флуктуации затухания, акустические шумы, переменное во времени демпфирование акустической c«cтемы) .

С помошью известного устройства невозможно исследовать помехоустойчивость, а также влияние изменений давления в потоке на точность испытуемого измерителя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и увеличение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемое устройство введены двухканальный сумматор, генератор шума, модулятор шума, генератор модулирующего сигнала, ключ, блок управления ключом, напорная установка с блоком управления давлением и эталонный измеритель скорости ультразвука в контролируемой среде, причем первый вход двухканального сумматора соединен с первым выходом приемопередатчика через блок регулируемой временной задерж35 ки, второй вход — со вторым выходом приемопередатчика, третий вход — с выходом модулятора шума через ключ, а его выходы соединены со входами вычислительного блока, выход которого через блок управления ключом соединен с ключом, входы модулятора шума соединены соответственно с выходами генератора шума и генератора модулирующих сигналов, второй выход которого соеди45 нен с блоком управления давлением напорной установки, соединенной с емкостью для контролируемой среды.

Н а ч ер те ж е предс тавл епа блоксхема предлагаемого устройства.

Оно содержит электроакустические датчики l,2 и 3,4, емкость с контролируемой средой 5, термоблок 6, блок 7, управления давлением, напорную установку 8, приеллопередатчик 9 с выходными

55 каналами 10 и 1 1, вычислительный блок 12, блок 13 регулируемой временной задержки, блок 14 управления задержкой, двухканальный сумл атор 15, гене4 тор ) 6 шума, модулятор 17 шума, гератор 18 модулируюших сигналов, юч 19, блок 20 управления ключом, алонный измеритель - 4 скорости ультзвука, например интерферoметр, и рестрируюшее устройство 22. При этом датчики 1-4, приемопередатчик 9 и вычислительный блок 12 являются составньгми блоками испытуемого измерителя скорости потока.

В канале 10 вход передающего электроакустического датчика 1 подключен к выходу генератора зондирующих импульсов приемопередатчика 9, а выход приемного элекTpoGKустического датчика 3 подключен ко входу усилителя импульсных сигналов приемопередатчика 9, выход которого через блок 4.3 регулируемой временной задержки соединен с перв .м входом двухканального сумматора 3 5, а его первый выход соединен с первым входом вычислительного блока 12. Ко второму входу блока t 3 регулируемой временной задержки подключен Выход блока 4 4 управления задержкой.

9 канале 3 1 вход передающего электроакустического датчика 2 подключен к выходу генератора зондирующих импульсов приемопередатчика 9, а выход приемного электроакустического датчика 4 подключен ко входу усилителя импульсных сигналов приемопередатчика 9, выход которого подключен ко Второму входу двухканального сумматора 15, а его второй

ВЫХОД СОЕДИНЕН С0 BTOP >Ð4 ВХОДОМ ВЫЧИСлительного блока 12.

Третий вход двухканального сумматора

15 соединен с выходом модулятора 17 шума через ключ «t9, к управляемому входу которого подключен выход блока управления ключом 20. К первому входу модулятора 17 шума подключен выход генератора 3 6 шума, а второй вход соединен с входом генератора 18 модулируюшего сигнала, причем второй его выход соединен с блоком 7 управления давлением в емкости с контролируемой средой, помещенной в термоблок 6. Устройство 7 управления давлением подключено к напорной установке 8. Первый выход вычислительно "о блока 12 соединен со входом синхронизации приемопередатчика 9, второй его виход — с блоком 20 управления ключом, а третий выход с регистрирующим устройством 22. Термоблок 6 с емкостью для контролируемой среди соединен с эталонным изл ерителел 21 скорости ультразвука, например и н торф ер Ол1 е тро л i ..

792143

Предложенное устройство работает сл ед ующ им обр азом.

В стационарном режиме градуировки с помощью напорной установки 8 и термоблока 6 установлен наминальный рабочий режим контролируемой среды 5, генератор 18 модулирующих сигналов включен, а ключ 19 разомкнут.

При установке фиксированной величины

С задержки блока 13 в предложенном устройстве имитируется стационарный поток с известной скоростью V . При этом градуировка и определение абсолютной погрешности измерения скорости сводится к сравнению показаний скорости испытуемого измерителя (выходной величины вычислительного блока 12) со скорос тью Q имитируемого потока.

Скорость V определяется путем вы+— числения по алгоритму, согласованному с алгоритмом работы испытуемого измерителя, в который в качестве переменных входят известные величины— задержка Х, скорость ультразвука О в контролируемой среде 5, измеренная с помощью эталонного измерителя 2l, и расстояние d между фазовыми центрами да тчиков 1, 4 и 3, 2.

В режиме определения зависимости абсолютной погрешности h× исследуемого измерителя от температуры Т и давления Р потока регистрируются зависимости М (Т,Р) и С (Т,Р) при установленной требуемой величине Г,, Далее процедура построения градуировочных кривых зависимостей ЬЧ (Т,Р) сводится к вычислению зависимостей скорости имитируемого потока вида

V3 (С (T,P); „, 1 и сравнению последних с зарегистрированными зависимостями 1/ (Т,Р) .

В режиме определения динамической погрешности исследуемого измерителя с помощью блока 1.4 управления задержка 1„ блока 13 изменяется по ступенчатому закону от величины

Р н до величины „. Это эквивалентно ступенчатому изменению скорости имитируемого потока от величины V>(g(gP)

11 цС11 до величины V (С(Y>Ò );41" - 6 j, Динамическая погрешность измерителя определяется по временной зависимости его выходной величины 1/ц (t ) ..

B режиме определения величины флуктуационной погрешности измерителя, источником которой являются флуктуации давления в контролируемом потоке, давление контролируемой среды 5 изменяет5

50 ся с помощью блока 7 управления давлением. При этом закон изменения давления P (т ) задается с помощью генератора 18. Флуктуации давления в сжимаемых контролируемых средах 5 вызывают флуктуации затухания проходящих акустических импульсов и cKopocTè С ультразвука в среде. Поэтому генератор l8 вырабатывает видеоимпульсный сигнал управленияблоком 7, причем амплитуда видеоимпульсов установлена из условия Р (U ) = ДР, где Р. — экстремальный для конкретного ила тируемого потока перепад давлений. Конкретная величина зависит как от физического состояния потока (газ, жидкость), так и от конструктивных параметров, а также рабочего режима потокопровода (открытый поток, трубопровод и т.д.) ..

Величина флуктуационной погрешности, например энтропийная погрешность, исследуемого измерителя определяется путем статической обработки определенного количества зарегистрированных в устройстве 22 его выходных величин.

В режиме определения флуктуационной погрешности измерителя, источником которой являются акустические шумы в контролируемом потоке, ключ l9 периодически открывается сигналом блока 20 управления. Блок 20 управления синхронизирован общим сигналом синхронизации испытуемого измерителя, поступающим с вычислительного блока 12. При этом во время отпирания ключа 19 на выходах сумматора l5, реализуется аддитивная смесь, выходных импульсов каналов lO и l l приемопередатчика 9 и выходного шумового сигнала модулятора 17 шума.

В обоих каналах 10 и l l приемопередатчика 9 для увеличения помехоустойчивости используется временная селекция применяемых акустических импульсов.

Поэтому в реальных рабочих условиях шумовой сигнал контролируемого реального потока поступает на входы вычислительного блока 12 только во время действия строб-импульса, открывающего приемопередатчик 9. В предло женном устройстве с помощью элементов 15,19 и 20 реализована форма шумового сигнала на входах блока 12 определяется статистикой акустических шумов реального потока видом комплексной функции передачи приемного канала, определяемой произведением комплексных функций передачи датчиков 3,4 и приемопередатчика 9. В предложенном устройстве

792143 статистика шумов на входах блока 12 устанавливается с помощью генератора l6 шума, состоящего, например, из генератора белого шума и программируемого полосового фильтра, а также с помощью модулятора 17 мощности шума. Для воспроизведения статистики реальных шумов, например потоков с повышенным уровнем кавитации, с помощью модулятора 17 производится модуляция выход- р ных шумов генератора 16 квазислучайной с ери ей вид еоим п ульс ов.

Предложенное .устройство позволяет строить градуировочные кривые зависимости абсолютной погрешности измерения исследуемых ультразвуковых импульсных измерителей от температуры импульсных измерителей от температуры и давления потока, определять соответствующие исправочные коэффициенты, а также определять флуктуационную составляющую погрешности измерения, причиной которой являются акустические шумы контролируемого потока и флуктуации давления. Следовательно, функциональные возможности устройства расширены. Факти чески предложенное устройство позволяет имитировать широкий класс реальных потоков с хорошим приближением.

Точность градуировки увеличена, так как градуировка проводится при номинальном режиме контролируемой среды, определяемой температурой и давлением среды.

Использование предложенного устройства позволяет с высокой производительностью определять весь комплекс метрологических характеристик импульсных ультразвуковых измерителей скорости потоков с повышенным уровнем акустических шумов, высокие скорости потока га- 4р зов, потокй плазмы, потоки в трубопроводах проведения компонент смеси горючего ракетных двигателей и т.п.

Формула изобретения

Устройство для градуировки и опреде- 45 ления метрологических характеристик ультразвуковых измерителей скорости потока, содержащее термоблок с емкостью для контролируемой среды .в ко1 торой установлены электроакустические датчики измерителя скорости потока, приемопередатчик, соединенный с элект— роакустическими датчиками, блох регулируемой временной задержки, вычислительный блок и подключенный к его выходу блок регистрации, о т л и ч а ющ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений, в него введены двухканальный сумматор, генератор шума, модулятор шума, генератор модулирукч щего сигнала, ключ, блок управления ключом, напорная установка с блоком управлений давлением и эталонный измеритель скорости ультразвука в контролируемой среде, причем первый вход двухканального сумматора соединен с первым выходом приемопередатчика через блок регулируемой временной задержки, второй вход — со вторым выходом приемопередатчика, третий вход — с выходом модулятора шума через ключ, а выходы двухканального сумматора соединены со входами вычислительного блока, выход которого через блок управления ключом соединен с ключом, входы модулятора шума соединены соответствено с выходами генератора шума и генератора модулирующих сигналов, второй выход которого соединен с блоком управления давлением напорной установки, соединенной с емкостью для контролируемой среды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

М 206846, кл. 5 01 Г 1/66, 1967.

2. Авторское свид е тельс тво СССР № 287336, кл. 5 05 О 23/19, 1969 (прототип).

7923.43 (, 1

Составитель E. Литвинов

Редактор Т. Горячева Техред И.Асталош Корректор М. Illnpoïè

Заказ 10 1 43/43 Тираж 10 l9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитете СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 1 5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. I IIíí к-....я, 4