Способ измерения расхода жидких сред

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5)5 801 Р 1 66 ТЕНИ ится к расходометть точность измереОс, (Я схода жидких срим образом. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСА ИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМ СВИДЕтЕЛЬСтв(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКИХ СРЕД(57) Изобретение относрии и позволяет павыси Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения объемного расхода жидкости.Цель изобретения - повышение точности изме ения. рНа фиг. 1 показан вариант функциональной схемы устройства для реализации предлагаемого способа с приемником поверхностных акустических волн; на фиг, 2 - то же, с приемником объемных акустических волн.Устройство с приемником поверхностных акустических волн фиг. 1) содержит участок трубопровода 1, в который установлен кольцевой акустический преобразователь 2 с внутренним диаметром равным внутреннему диаметру трубопровода.На внутренней поверхности преобразователя 2 в зоне, примыкающей к участку трубопровода, расположенному от него 5 Ц 1659717 А 1 иия расхода жидких сред акустическим способом, Поток жидкой среды зондируют акустическими цилиндрическими валками, направленными перпендикулярно оси трубопроводов, Зондирование осуществляют в направлении от стенок трубопровода к его оси, при этом акустические цилиндрические волны создают затухающими реверберационными, Значение расхода определяют по доплеравскому смещению частоты вторичных колебаний, возбуждаемых на поверхности и ъ теле кольцевого преобразователя, охватывающего поток, относительно зондирующих колебании. 2 ил. вниз по потоку, размещен приемник 3 поверхностных акустических волн. Кольцевой акустический преобразователь 2 соединен с выходом импульсного генератора 4 и через коммутатор 5 с входом усилителя 6. Управляющий вход коммутатора .5 подключен к схеме запуска генератора 4. Приемник 3 поверхностных акустических волн подключен к усилителю 7, Выходы усилителей 6 и 7 соединены с входом смесителя 8 частоты, выход которого через фильтр 9 подключен к частотомеру 10.Прямой РГ обозначена одна из боковых границ фронта акустических цилиндрических волн в отсутствии движения среды, а прямой Р 1 Р показано одно из ее текущих1положений в процессе сноса цилиндрических волн потоком среды.Способ измерения ра ед осуществляется следующС выхода импульсного генератора 4 электрический импульс поступает на кольцевой акустический преобразователь 2 который излучает в среду акустический импульс цилиндрической волны в направле нииоси потока. В результатемногократного обращения. цилиндрического фронта этого импульса в приосевой области в направлении к внутренней поверхности кольцевого преобразователя 2 и обратно в среде создаются импульсы (затухающие) цилиндрических волн, частота которых определяется из выражения1 о=СО(1) где С - скорость ультразвука в среде;О - внутренний диаметр кольцевого преобразователя.В предлагаемом устройстве длина цилиндра акустического преобразователя 2 во много раз больше его радиуса. В таких случаях источники расходящихся цилиндрических волн(образуемые в приосевой области) когерентные (небольшие отклонения нэ краях цилиндра несущественны).Проведенные экслерименты даже с кольцевым преобразователем, возбуждаемым на 1-й резонансной частоте, подтвердили наличие реверберэционных волн (в эксперименте были обнаружены 8-10 отражений цилиндрических волн, зафиксированных на осциллограмме).Принятые кольцевым преобразователем 2 акустические импульсы после обратного преобразования в электрические импульсы через коммутатор 5 поступают на вход усилителя б. Коммутатор 5, который запирается от схемы запуска генератора 4 на время подачи возбуждающего импульса к кольцевому преобразователю 2, предназначен для исключения прямого воздействия этого импульса на вход усилителя 6.В отсутствии движения среды область распространения цилиндрических волн ограничена внутренней полостью кольцевого преобразователя 2 и одна иэ боковых границ фронта цилиндрических волн занимает положение ЕР, При движении среды импульсы цилиндрических волн сносятся потоком, вследствие чего граница фронта цилиндрических волн, текущее положение которой обозначено линией Б=, и область их распространения будут перемещаться относительно внутренней поверхности кольцевого преобразователя 2 с интегральной по площади поперечного сечения потока скоростью среды4 ОлО(2) где О - расход среды,В результате последовательного. воздействия на внутреннюю поверхность кольцевого преобразователя 2 реверберационных затухающих цилиндрических волн, сносимых потоком, на ней образуется движущаяся со скоростью Ч по направлению вдоль оси потока зона возбуждения поверхностных колебаний, воспринимаемых приемником 3поверхностных акустических волн, в направлении к которому движется эта зона, являющаяся вторичным источником ультразвуковых колебаний с частотой(3)Электрические колебания с выходовусилителей б и 7 с частотой соответственно10 и г 1 поступают на вход смесителя 8Фильтп 9 используется для выделения до 20 плеровского смещения частоты 11 - 10, пропорционального расходу среды О, котороерегистрируется частотомером 10,С учетом (1) - (3) статическая характеристика устройства может быть представлена25 в видегО = - (1 - о), (4)В дальнейшем после следующего запуска импульсного генератора 4 цикл измерения повторяется,Устройство с приемником обьемныхакустических волн (фиг. 2) содержит акустический вопновод 11, выполненный в видеразьемной втулки, установленный в участкеЯ 5 трубопровода 12, В цилиндрической проточке на внутренней поверхности волново-.да 11 размещен кольцевой акустическийпреобразователь 13, наружная поверхность которого охвачена акустической фокусирующей линзой 14. Причем днопроточки в вол новоде 11 совпадает по формес контактирующей с ним преломляющей по верхностью акустической линзы 14, а внутрен-ние диаметры волновода 11, трубопровода 12и кольцевого преобраэователя 13 равны междусобой, На передней, по потоку, торцовой поверхности волновода 11 закреплен приемник 15 объемных акустических волн.Преобразователь 13 соединен с импульсным генератором 16 и через коммутатор 17- с усилителем 18. Управляющий вход коммутатора 17 подключен к схеме 16 запускагенератора. Приемник 15 обьемных акустических волн через усилитель 19 подключенк смесителю 20, второй вход которого соединен с выходом усилителя 18, а выход через фильтр 21 подключен к частотомеру 22.Отрезком АА 1 показана траектория движе 16597,.1 7ния фронта объемной акустической волны,сфокусированного линзой 14 в узкое кольцо,Способ при работе устройства (фиг, 2)осуществляется следующим образом. 5Электрический импульс генератора 16возбуждает кольцевой акустический преобразователь 13. После импульсного возбуждения преобразователя 1.3 в среде создаютсямногократно обращаемые по направлению 10от внутренней поверхности преобразователя 13 к оси потока и обратно затухающиеимпульсы цилиндрических волн с частотой 1 о.Акустические импульсы частотой Ьо, 15воздействующие на внутреннюю поверхность преобразователя 13, преобразуютсяим в электрические импульсы, которые через коммутатор 17 поступают на входусилителя 18. В результате последовательного 20воздействия на внутреннюю поверхностьпреобразователя 13 затухающих импульсовцилиндрических волн, сносимых потоком,на ней и в теле преобразователя 13 образуется движущаяся со скоростью Ч по направлению вдоль оси потока зона возбужденияповерхностных и объемных волн,Цилиндрический фронт объемныхволн,излучаемых этой зоной,. после достиженияим наружной поверхности преобразователя 3013 с помощью акустической линзы 14 фокусируется в узкое кольцо, являющееся источником объемных акустических волн в, волноводе 11. При этом движение зоны возбуждения объемных волн в направлении по 35потоку со скоростью Ч в результате отображения линзой 14 преобразуется в движениекольцевого источника в противоположномнаправлении по траектории АА 1 со скоро-.стью 4091= Ю/, Р)где М- постоянный коэффициент, определяемый параметрами акустической линзы 14,Приемник 15 акустических объемныхволн воспринимает колебания от движущегося ему навстречу со скоростью кольцевогоисточника объемных акустических волн, какколебания с частотой1 Ь(1 + - )Р/С. Электрические колебания с выходов усилителей 18 и 19 частотой соответственно Ьо и 51 поступают на вход смесителя 20, С помощью фильтра 21 выделяется доплеровское смещение частоты 1 - 1 о, пропорциональное расходу О, которое регистрируется частотомером 22.Статическая характеристика устройства имеет вид= ак "-) (7)Применение предлагаемого способа определения расхода среды позволяет повысить точность измерения эа счет следующих факторов: устранения искажений фронта зондирующей цилиндрической волны; возможности измерения расхода среды по доплеровскому сдвигу частоты; исключения влияния изменений абсолютной скорости ультразвука в среде на результаты измерений; охвата зондирующим излучением всех точек среды площади радиального сечения потока,Предлагаемый способ может применяться для точного определения расхода среды при произвольном профиле скоростей потока по сечению трубопровода,Формула изобретенияСпособ измерения расхода жидких сред, включающий зондирование поперечного сечения потока жидкой среды акустическими цилиндрическими волнами, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, акустические цилинд-, рические волны возбуждают.кольцевым преобразователем в направлении оси трубопровода, регистрируют тем же преобразователем многократно отраженные колебания, изМеряют их частоты, регистрируют вторичные колебания, на внутренней поверхности кольцевого преобразователя приемником поверхностных акустических волн, смещенным от центра цилиндрического преобразователя к периферии, и измеряют их частоту, а величину расхода определяют по разности измеренных частот.ЛСоставитель В,Ярцч едактор Т.Парфенова Техред М, Моргентал Корректор Т Палии роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1832 Тираж 431 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113 О 35, Москва, Ж:-35, Раушская наб., 4/5