Ультразвуковой расходомер

(19) (И) 3(51) С 01 Г 1 бб ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СОЮЗ СОВН СНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 178128, кл, С 01 Р 1/66, 1962.2. Авторское свидетельство СССР Р 551509, кл. С 01 Р 1/бб, 1975 (прототип).(54) (57) 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДО -МЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, размещенных на противоположных стенках трубопровода и подключенныхчерез блок генерации и приема сигнала к входам блока разности, а также первый измеритель временного интервала, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен первой линией задержки, блоком коррекции иизмерителем фазовой скорости, состоящим из двух электроакустических преобразователей, размещенных симметрично относительно . одного из обратимых электроакустических преобразователей на равных расстоянияхот стенки трубопровода и подключенных один непосредственно, а другойчерез вторую линию задержки к входам второго измерителя временногоинтервала, причем выходы блока генераци и приема сигнала один непосредственно, а другой через первуюлинию задержки подключены к первомуизмерителю временного интервала, авходы блока коррекции подключенысоответственно к выходам блока разности и первого и второго измерителей временного интервала. 2. Расходомер по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок коррекции выполнен в виде первого и второго умножителей и сумматора, причем первые входы умножителей сое- Я динены и подключены к первому входу суммтора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго умножителей.Изобретение относится к измерктельной технике и может быть использовано для измерения жидкостейв различных областях народного хозяйства.Известны ультразвуковые расходомеры, содержащие одну или несколькопар электроакустических преобразователей, расположенных на трубопроводе под углом к его аск и подключенных к Формирователю временных интервалов, обеспечивающему зондированиеконтролируемого потока жидкости спомощью ультразвуковых сигналов. Получаемая при этом разность временраспространения сигналов по потоку 15и против потока жидкости, прямо пропорциональна ее скорости13.Недостатком данного расходомераявляется низкая точность измерениякз-за влияния на результат измеренияскорости распространения ультразвукаНаиболее близким по техническойсущностк к изобретению являетсяультразвуковой импульсно-базовьй расходамер, содержащий два обратимыхэлектроакустических преобразователя,подключенных через коммутатор, одинвход которого соединен с гее 1 ератором, а другой со схемой логики подключен к блоку разности, первый выход которого через первую схему совпадения подключен к первому счетчику,а второй через второй с:.ет гик - квходу схемы сраьнения кодов, второйвход которой через третий сгет Ик,ато и схему .-ВмеренкякоэфФицкента умножен 1(я подклке ген .( Измерителю временеого интервала, вхсдыкоторого подключены соответственно квыходам коммутатора и схеме логики. 40Устройство содержит дополн 1.тельныйгенератор, выходы которого подклюснык умножителю частоты и через вторуюсхему совпадения, второй вход которойподключен к измеРителю ВРемен;Ога ин - .1 зтервала ) к второму счетчик ) пр 51 этомвыход схемы сравнения кодов подключен к втОрым вхОдам 1 ервО." схемы сОВпадения и третьего счетчика 1 21,Недостатком даннога расхода.ераосявляется низкая точность измеренияиэ-за зависимости результата измереНИЯ ОТ СКОРОСТИ раСрОСТрсЕ НЕЕИ 5 "ЛЬТрсь звук а ВДОль стенки трс)бОГ 1 равоДса,Целью кзобретеегия является повышение точности измерения.Поставленная цель,г 1 остигается тем,что ультразвуковой расходомере содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, размещенных на противоположнь 1 х стенках трубопровода и подключенных через блок,генерации к приема сигнала к входамблока разности, а также первый измеритель временного интервала, снаб -жен первой линией задержкк, бтаког( 65 коррекции и измерителем Фазовойскорости, состоящим из двух электроакустических преобразователей, размещенных симметрично относительноодного из обратимых электроакустических преобразователей на равныхрасстояниях от стенкк трубопроводак подключенных один непосредственно,а другой через вторую линию задержкик входам второго измерителя временного интервала, причем выходы блокагенерации и приема сигнала один непосредственно, а другой через первуюлинию задержки подключены к первомуиэмерителк) временного интервала, авходы блока коррекции подключенысоответственно к выходам блока разности и первого и второго измерителей временного интервала.При этом блок коррекции выполнен в виде первого и второго умножителей и сумматора, причем первые входыумножителей соединены и подключенык первому входу сумматора, второйи третий входы которого подключенысоответственно к выходам первого ивторого умножителей,На чертеже изображена блок-схемаУСТРОЙСТВс 1.Ультрггзвуковой расходомер состоитиз двух обратимых электроакустических преобразователей 1 и 2, закрепленных при помощи звукопроводов3 ина пративоположньгх стенкахтрубопровода, блока 5 генерации иприема сигнала, блока 6 разности,первой линии 7 задержкк, первого измерктеля 8 временного интервала, измерителя Э фазовой скорости, содержащего два злектроакустических греобраэовате.ГЕЯ 10 и 11, вторгю линию 12задержки н второй измеритель 13 временного интервала. Блок 14 коррекции содержит два умножителя 15 и 16и сумматор 17.Ультразвуковой расходомер работает следующим образом,Блок 5 генерации к приема сигналов вырабатывает электрические сиге 1 алы е 1 ап Оимер импульсы) пОд дейст -вием котсрых абра "кмыми электроакустическ:1,"Ек ггреобра:-О ателями 1 и 2излучаОтся ультразвукОвые си 1 налыВ трубопровод по потоку к протквпотока жидкости. После прохожденияконтролируемой жид,(ости данные сигналы вновь преобразуются преобразователями 1 и 2 в электрические ивоспринимаются блоком 5 генерации и)ркЕ 4 а СИГ НаЛа, КОТОРЫЙ ПРОИЗВОДИТформиров;1 ние ие 1 тервалов времени,пропорциональных времени распространения сигналов по потоку и противпотока жидкости2 В - ЗВ)Яг-ОРСЭ)19 Цсс)здО гТ =с,-т= к ч,40 50 СЪ-(то-Е)Ъ "у Охоч-) +Э Ст",гоЯ)К;- - ( - фКто) (83 60 65 где Т, Т 2 - времена распространенияультразвука по потоку ипротив потока жидкости;Э - диаметр трубопровода;С, О - скорость и угол распространения ультразвукав жидкости;0 - расстояние между точками ввода и вывода ультразвуковой волны изстенки трубопровода;У - скорость потока жидкостиЧ - фазовая скорость ультразвука вдоль стенкитрубопровода, т.е. скорость движения фронтаультразвуковой волнывдоль стенки;время распространенияЗВультразвука в звукопроводах 3 и 4.Из данных интервалов времени блоком 6 разности определяют разностный интервал времени, пропорци ональный измеряемой скорости по- тока гДе КЧ = В/(С Ч совр),Коэффипиент преобразования расходомера Кч может быть определен через полусумму времен распространения Т и Т 2Т.тЧ - 8 ) +)У- (тЧ В) Ч 35 где Т 2- =(Т+Т ) /2-Для комйенсации зависимости коэффициента преобразования и результата измерения Т от скорости ультразвука в контролируемой жидкости С и в стенке трубопровода первым измерителем 8 временного интервала и измерителем 9 Фазовой скорости ультразвука вдоль стенки трубопровода измеряются отклонения величин Т и Ч от своих номинальных (средних) значений. При этом измеритель 8 работает следующим образом. Первые импульсы, поступающие на вход первой линии 7 задержки и сигнализирующие о начале интервалов времени Т 1 и Т, задерживаются ею на время, равное номинальному значению полусуммы времен ТА и Т - То+18. Поэтому первым измерителем 8 временного интервала будет измеренразностный интервал времени Т-ТоУ =К (Т -Т, ) =-КдТ (4)Еогде У -выходная величина измеритетля 8 (например, цифровойкод или напряжение);К -коэффициент преобразованияизмерителя 8;Т -номинальное значение веоличины Т. Принцип действия измерителя 9 Фа зовой скорости ультразвука вдоль стенки трубопровода следующий. Ультразвуковой сигнал, распространяющийся от злектроакустического преобразователя 1, после прохождения контролируемой жидкости распространяется в стенке трубопровода и поочередно поступает на акустические приемники 10 и 11. Интервал времени между моментами поступления сигналов на приемники 10 и 11 составит величину= Б/Ч (5) где Б - расстояние между приемниками 10 и 11 вдоль стенки трубопровода.Сигнал с приемника 11 дополнительно задерживается второй линией 12 задержки на время, равное номинальному значению времени 1. Поэтому вторым измерителем 13 временного интервала будет измерен разностный интервал времени и на его выходе образуется сигналБ Б АЧУ = К (- -)= - К -- (6)ч аЧ 3 ЧЧ где = Б/ЧоьЧ = Ч - Чо 3К 2 - коэффициент преобразованиявторого измерителя 13 временного интервала;время задержки сигналовлинией 12 задержки;Ч - номинальное значение скоОрости ультразвука вдольстенки трубопровода.Измеренные величины У и Уч умножаются блоками 15 и 16 умножения на выходную величину блока 6 разнос- тиЬУ , После суммирования сумматором 17 выходных величин блоков 15 и 16 умножения и величины Уд на его выходе образуется сигнал, величина которого в соответствии с выражениями (3), (4), (6) определяется следующим образом(т ч-еу+3 К ОКд хф"(,тч-е)юуКГ -КуКч -7Б ЬОчоде К, К - коэффициенты преобразования.При правильном выборе коэффициентов преобразования измерителей 8 и 13 Ки Кг изменения скорости ультразвука вконтролируемой жидкости С и в стенке трубопровода Ч будут приводить кизменению сомножителей в выражении (7). Данные изменения будут оди",иаковы по величине, но противополож61 1030656 ИИПИ Заказ 5192/ 42 Тирюк 643 Подлисно ПП "Патент", г.ужгород,ул,Проектная,4 и ны по знаку, поэтому полный коэфФи-цнент преобразования расходомера Кс достаточно высокой точностью будетоставаться постоянным. Например,для стальных трубопроводов изменение фазовой скорости ультразвука Ч при изменении температуры контролируемой среды в пределах 25 ОСдостигает 1%, при зтам погрешностьрасходомера без применения измерителя Фазовой скорости Ч и блока коррекции составит величину около 2. Применение указанных узлов расходомерапозволяет снизить его погрешность до 0,1. При тех же условиях измечение скорости ультразвука в контролируемой жидкости составит около6%, а применение блока коррекцииуменьшает погрешность расходомерас 3 до 0,2. Таким образом, использование описанной схемы расходомера,позволяет производить коррекциюодновременно по двум параметрам:скорости ультразвука в контролируемой жидкости и в стенке трубопровода, и благодаря этому повыситьточность измерения расходомера.