Ультразвуковой способ измерения расхода

Изобретение относится к измери:тельной технике, в частности к расходометрикр и может быть.использовано в нефтедобывающей,. нефтеперерабатывающейр химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности для прецизионного измерения расхода и точного учета количест- .ва различных сред, а также в.медицинских целях для измерения скоростикровотока. 10Известен ультразвуковой однока. нальный Фазовый бескоммутационныйспособ измерения расхода, основанныйна встречной посылке в одном надравлении .колебаний двух симметричных 15составляющих основной частоты, ав другом направлении - колебаний оснонной частоты, выделении на выходе обоих направлений второй гармоники основной частоты и определениидля них разности фаз, по которойсудят о величине расхода 1) .Недостатками способа. являются .зависимость .измерений от абсолютнойвеличины скорости распространенияультразвука в среде и невысокая точ-,ность измерений, зависящая от фазовых погрешностей при балансном преобразовании и.удвоении частот.Наиболее близким по техническойсущности .кпредлагаемому являетсяультразвуковой одноканальный Фазовый бескоммутационный способ. измерения расхода, заключающийся в одновременной встречной посылке равночастотных ультразвуковых колебаний через контролируемый поток,преобразовании. колебаний, прошедшихчерез поток, последующей Фильтрациии измерении разности фаз преобразованных колебаний 21 . 40Недостатком известного способаявляется зависимость измерений .отабсолютной. величины. скорости распространенияультразвука:.в среде и, как .следствие, недостаточная высокая точ ность измерений.Целью изобретения является повьтшение точностри измерений и устранение зависимости.от скорости распространения ультразвука в среде. 50Поставленная цель достигаетсятем, что согласно ультразвуковомуспособу измерения расхода, заключающемуся.в одновременной встречнойпосылке разночастзтных ультразвуковых колебаний через контролируемыйпоток, приеме колебаний, прошедшихпоток, йх преобразовании и измерении разности фаэ преобразованных колебаний, выделяют первые биения счастотой, равной разности частот колебаний, иэлученных по потоку и прошедших против потока, вторые биения с частотой, равной разности частот колебаний,излучаемых против потока и прошедших по потоку, опорные 65 биения;-между иэлучае(ыми сигналами,измеряют сдвиг Фаз между опорнымии первыми, биениями и между опорными и вторыми;биениями, а скорость потока среды определяют по формулегде Ч - скорость потока среды;Ь - длина акустической базы"о(, - угол между направлением распространения .ультразвукаи направлением потока среды,"Ю,И 2- частоты непрерывных колебаний., излучаеьых.во взаимнопротивоположных направлениях;9- сдвиг Фаз между опорными и.первыми биениями;р " сдвиг Фаз между вторыми ийопорными биениями.Сущность ультразвукового способа измерения расхода заключается в следующем.В момент времени= О в направлении по потоку среды начинают излучать непрерывные ультразвуковые колебания с частотой Я, и начальной Фазой ф ра против потока - непрерывные колебания с частотой (др и начальной Фазой 2, Время Т(р . и Тр распространения колебаний по потоку среды и против потока. определяется соответственноС МсоэссЬ2 . С Ус 0506. В момент времени 1 =. Тр, колебания представляются следующйм образом а) на передающем пьезоэлементе для частоты Ыпер Н щ с 05 ы 1( рр( (1), (Чб) на приемном пьезоэлементе для частоты Я0= 0 СО 5 Ы 1 ф Щ) (4)в .на передающем пьезоэлементе длячастоты (д 2г) на приемном пьезоэлементе длячастоты Ярр, асови(рр,-рр,) Ю 1) (6(На Одном из смесителей выделяют первые биения между колебаниями частоты И р посланными по потоку, и колебаниями"частоты 6, р прошедшими1024727 50 Составитель Н, БурбелоТехредЖ,Кастелевич Корректор Г. Решетник Редактор Т, КугрЬюева Заказ .4379/36 Тираж 643 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Проектная, 4 ния преобразуются в последовательйость коротких импульсов с частотой,равной исходной частоте биений,Одновременно в смесителе 15,входами подключенном к дополнительным выходам опорных генераторов 3и 4, выделяютсяопорные биения, описываемые выражением (9), которыепроходят через избирательный фильтр16, где отфильтровываются от поббчных и гармонических составляющих 10и поступают на вход формирователя 17коротких импульсов. С выхода формирователя 17 преобразованный в коротКие импульсы сигнал с частотой, равной частоте биений, поступает на 15вход "Старт" счетчика 11 импульсови вход "Стоп" ечетчика 12 импульсов,На вход "Стоп" счетчика 11 им.пульсов поступает сигнал с выходаформирователя 9 коротких импульсов;на вход "Старт" счетчика 12 импульсов поступает сигнал с выхода формирователя 10 коротких импульсов,а на третьи входы обоих счетчиков11 и 12 импульсов поступает сигналс частотой Ыоп с выхода высокочастотного кварцевого генератора 18.Такое управление счетчиками обеспечивает вычисление разности фаэ всоответствии с уравнениями (10) и(11) .30Частота следования импульсов свыхода формирователей 9, 17 и 10 коротких импульсов одинакова и постоянна, поэтому в счетчике 11 импульсовнасчитывается количество импульсов 35И, пропорциональное сдвигу Фаз между опорными и вторыми биениями Р 2,а в счетчике 12 - количество импульсов И 1, пропорциональное сдвигу Фазмежду первыми и опорными биениями 409, причем укаэанные фазовые сдвиги можно представить в виде45(акопгде 1: -- число импульсов высокочастотного генератора, укладывающихся в одном периоде колебания биений. Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул,Сигнал с выхода счетчика 11 импульсов поступает иа управляющий вход делителя 13 с неременным коэф- Фициентом деления, на второй вход которого подается сигнал с дополни тельного выхода опорного генератора 3. В делителе 13 осуществляется управляемое делениечастоты Ю на число 02, и с его выхода сигнал с 1,631частотой в подается на первый входй 2блока 19 разности. С выхода счетчика 12 импульсов сигнал поступает на управляющий вход делителя 14 с переменным коэффйциентом деления, на второй вход которого подаются колебания с дополнительного выхода второго опорного генератора 4, В делителе 14 осуществляется управляемое деление частоты у 2 на цисло Ы, и на его выходе Формируется сигнал с частотой д 2который подается на второй вход3блока 19 раэностн, На выходе блока19 разности Формирует"я сигнал,( ь)вида , - - -который подается 2 на регистрирующий прибор 20, например частотомер, проградуированный вединицах скорости потока, или счетчик импульсов для измерений интегрального расхода за определенныйпромежуток времени,Таким образом, предлагаемый способ измерения расхода обладает несомиенными преимуществами, связанными с отсутствием зависимости из- мерений от скорости распространения ультразвука в среде, более высокой точностью измерений, удобным представлением информации в цифровом виде, полной автоматизацией процесса измерений,Предлагаемый способ позволяет с высокой точностью измерять расход.