Ультразвуковой измеритель скорости движения среды

(19 4 С ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ авиаджони 62 ников Н.И,Ультразвуко М.: Энергия, 1968, с азомет ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский ордена Ленинационный институт им. Серго Оркидзе(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СРЕДЫ(57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет увеличить точность измерения. Излучатели5 и 6 излучают ультразвуковые колебания навстречу друг другу в полостикомпенсационного канала 2 (КК) Поддействием внешних факторов изменяется длина стоячих волн трубопровода 1и КК 2, На приемнике 8 появляетсясигнал рассогласования, который подается на вход схемы 11 управлениячастотой возбуждения и вызывает плавное изменение частоты задающего генератора 10 до тех пор, пока на приемнике 8 вновь не установится минимальная амплитуда. Так поддерживаетсяпостоянной длина стоячей волны трубопровода 1, поскольку при любойчастоте возбуждения длины стоячихволн трубопровода 1 и компенсационного канала 2 одинаковы. 1 ил.1276910 2Излучатели 3 и 4 излучают ультразвуковые колебания по потоку и против него. При отсутствии движениясреды амплитуда электрического сигнала на выходе приемника 7 равна нулю. При движении среды, измеряяамплитуду сигнала на выходе приемника 7, учитывая амплитуды волн и скорость звука в среде, вычисляют скорость звука в среде и скорость потока.Зависимость фазового сдвига в точке, равноудаленной от излучателей3 и 4, от скорости потока выражаетсяфорулй:ДУ= -- ч1,ы(1)2 с"где Е - расстояние между излучателями ,с - скорость звука в средеч - скорость потока;21 ГЕ=и- круговая частота колебания,частота работы генератора 10,Следовательно, зависимость амплитуды сигнала на выходе приемника 7от скорости потока выражается формулой,"11 ит= 2 А зхп(гч),2 сЭОгде А - амплитуда отдельного ультразвукового колебанияформула (2) верна при условииработы излучателей 3 и 4 в противофазе, т,е. в случае включения ихразличной полярностью,Э 5Формулу ( 2 ) можно пр ед ставить ввиде,Целью изобретения является увеличение точности измерения.На чертеже схематично изображенпредлагаемый измеритель,Измеритель скорости содержит трубопровод 1, компенсационный канал 2,излучатели 3-6 и приемники 7-9 ульт-развуковых колебаний, задающийгенератор 10, схему 11 управлениячастотой возбуждения, схемы 12 и 13измерения амплитуды электрическихсигналов, схему 14 измерения частотывозбуждения и вычислитель 15,Излучатели 3-6 и вход схемы 14измерения частоты возбуждения соединены с выходом задающего генератора10, причем излучатели 3 и 4 включеныразличной полярностью. Вход задающего генератора 10 подключен к выходу схемы 11 управления частотойвозбуждения, вход которой соединенс выходом приемника 8, Выход приемника 7 подключен к входу схемы 12измерения электрического сигнала,а выход приемника 9 - к входу схемы13 измерения амплитудыэлектрического сигнала. Выходы схем 12, 13 и 4измерения соединены с соответствующими входами вычислителя 15,Излучатели 3 и 4, а также излучатели 5 и 6 направлены навстречу другдругу, Компенсационный канал 2 представляет собой полость, заполненнуюсредой того же состава, плотностии температуры, что и среда трубопровода 1. Полость компенсационного канала 2 соединена с полостью трубопровода 1, например, отверстиями в ихкорпусах,Схема 11 управления частотой возбуждения содержит, например, формиро"ватель уровня напряжения смещения инесколько варикапов, включенных вчастотно-задающую цепь задающегогенератора О,Схемы 12 и 13 измерения амплитудэлектрических сигналов, схема 14 измерения частоты воэдуждения.и вьг.слитель 15 составляют устройствоизмерения и обработки информации.Ультразвуковой измеритеЛь скорости движения среды работает следующимобразом.(3) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения скорости движения газообразных, жидких и сыпучихсред,40где= с/Г - длина стоячей волны, а измерительная формула устройстцаимеет вид Цч = Кс агсзз.п; -(4) 45где А - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции устройства.Величина коэффицента К, зависящаяот величиныподдерживается постоянной соответствующим изменениемчастоты возбуждения задающего генератора О, Дпя управления частотойзадающего генератора 10 предназначены компенсационный канал 2 и схема1 управления частотой возбуждения.Поскольку полость компенсационного канала 2 соединена с полостьютрубопровода 1, то при изменении хаВНИИПИ Заказ 6657/33 Тираж 705 Подписное Произв,-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная,3 1276рактеристик среды трубопровода 1 аналогично изменяется характеристикасреды компенсационного звука в среде рубопровода 1 и компенсационногоканала 2, Отверстия в корпусе компенсационного канала 2 выполнены,например, друг напротив друга напротивоположных сторонах компенсационного канала 2 таким образом, чтобысоставляющая скорости движения среды 10компенсационного канала 2 вдоль егооси была достаточно малой и не влияла на работу устройства.Излучатели 5 и 6 излучают ультразвуковые колебания навстречу другдругу в полости компенсационного канала 2,Если под действием внешних факторов, например изменения температуры,изменяется скорость звука в иэмеряе Омой среде, то изменяется и длинастоячих волн трубопровода 1 и компенсационного канала 2. На приемнике 8появляется сигнал рассогласования,Этот сигнал, попадая на вход схемы 2111 управления частотой возбуждения,вызывает плавное изменение частотызадающего генератора 10 до тех пор,пока на приемнике 8 вновь не установится минимальная амплитуда сигна Ола. Таким образом поддерживаетсяпостоянной длина стоячей волны тру бопровода 1, поскольку при любойчастоте возбуждения длины стоячихволн трубопровода 1 и компенсационного канала 2 одинаковы.Новое значение скорости звука всреде определяется из формулыс =ЙД, (5)где 3 - поддерживаемая длина волны,Е - частота возбуждения.Линейная зависимость К от с упрощает процесс определения величиныскорости звука в среде.Для повышения точности отслеживания приемник 8 необходимо располагать ближе к одному из излучателей.При изменении амплитуды волн трубопровода 1, например, от изменениянапряжения питания, во столько жеОраз изменяется амплитуда суммы волнкомпенсационного канала 2 и соответ 910 4ственно изменяется амплитуда выходного сигнала приемника 9. Измеритель 13 определяет величину этой амплитуды, а вычислитель 15 производит окончательные вычисления, В случае одинаковости схем 12 и 3 измерения амплитуд при вычислении отношенияих показан й устраняются систематические погрешности, что также повышает точность измерения. Формула из обр ет ения Ультразвуковой измеритель скорости движения среды, содержащий измерительный участок трубопроьода с двумя установленными на нем излучателями ультразвуковых колебаний, ориентированных по и против потока среды, приемник ультразвуковых колебаний, задающий генератор, связанный с излучателями, причем с одним из них -через фазоврашатель, схеьб измеренияамплитуды сигнала, подключенную к приемнику, о т л и .ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, в устройство введены компенсационный канал с двумя излучателями и двумя приемниками,схема управления частоты возбуждения,схема измерения частоты возбуждения,вторая схема измерения амплитуды сигнала и вычислитель, а задающий генераторвыполнен управляемым по частоте, причем задающий генератор выходом соединен с двумя излучателями измерительного канала и двумя излучателями компенсационного канала и черезсхему измерения частоты с вычислителем, а входом - со схемой управления частотой возбуждения, котораясоединена с первым приеником компенсационного канала, расположенным вузле стоячей волны компенсационногоканала, а второй приемник, расположенный в пучности стоячей волны компенсационного канала, через вторуюсхему измерения амплитуды соединенс вычислителем, при этом приемникизмерительного канала через схемуизмерения амплитуды сигнала такжесоединен с вычислителем.