Ультразвуковой расходомер

(22) Заявлено 011277 (21) 2548747/18-10с присоединением заявки Но(51)М. Кл.2 С 01 Р 1/бб Государственный комнтет СССР но делам нзобретеннй н открытнй(71) Заявитель Каунасский политехнический институт им,Антанаса Снечкуса(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР Изобретение относится к ультразвуковым измерителям и может быть использовано для определения скорости потока жидкости и суспензии,перекачиваемых по трубопроводам.Известны ультразвуковые расходомеры (1, основанные на излучении в жидкость ультразвуковых сигналов, которые модулируются флуктуациями теку О щей жидкости, ис приеме я последующей обработке посредством коррелометров. Эти устройства имеют низкую точность измерения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению явтется ультразвуковой расходомер 2), содержащий излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, установленные на трубопроводе и схему измерениями Вклю чающую коррелометр.Недостатками этого измерителя расхода являются низкие точность и надежность измерения, что обусловлзно тем, что в настоящее время отсутствуют 25 широкополосные ультразвуковые илуча- тели для возбуждения шумоподобных сигналов, а также из-за нелинейных искажений, которые возникают при прохождении ультразвукового сигнала через слоистые среды (стенки трубопровода), имеющие различные коэффициенты преломления для отдельных составляющих шумоподобного сигнала.Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения.Это достигается тем, что предлагаемый расходомер снабжен двумя дополнительными приемниками ультразвуковых колебаний, установленными на одинаковых расстояниях по потоку и против него относительно излучателя ультразвуковых колебаний, который выполнен в виде шара, расположенного внутри трубопровода, и относительно первого приемника ультразвуковых колебаний, расположенного над излучателем ультразвуковых колебаний, схема измерения дополнительно содержит второй коррелометр, ведущий генератор, два измерителя интервалов времени, триггер и три функциональных преобразователя, причем выход ведущего генератора соединен с запускающими входами двух коррелометров, двух измерителей интервалов времени, первого и третьего функциональных преобразователей, первые входы дву. коррелометров соединены с первым прием20 40 50 60 ником ультразвуковых колебаний, второй приемник ультразвуковых колебаний подключен к второму входу первого коррелометра, третий приемник ультразвуковых колебаний подключен к второму входу второго коррелометра, выход первого коррелометра через первый измеритель интервалов времени подключен к первому входу триггера и к входу первого Функционального преобразователя, выход второго коррелометра подключен через второй измеритель интервалов времени к второму входу триггера, к входу третьего функционального преобразователя и к запускающему входу второго функционального преобразователя, выход триггера соединен с первым входом второго Функционального преобразонателя, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и третьего Функциональных преобразователей, а выход которого подключен к сбросоным входам первого и третьего Функциональных преобразователей.На фиг. 1 предстанлена блок-схема предложенного ультразвукового расходомера; на фиг. 2 - эпюры напря жений на выходах отдельных узлов устройства для одного периода измерения.Ультразвуковой расходомер содержи установленные на трубопроводе 1 излучатель 2 ультразнукбвых колебаний, выполненный в виде парообразного тела, первый приемник ультразвуковых колебаний 3, который расположен над излучателем 2, второй 4 и третий 5 приемники ультразвуковых колебаний, которые расположены на одинаковых ра стояниях относительно излучателя 2 и первого приемника 3 по потоку и против него, а также схему измерения которая включает в себя два коррелометра б и 7, ведущий генератор 8, дн измерителя 9 и 10 интервалон времени, триггер 11 и три Функциональных преобразователя 12, 13 и 14, причем выход ведущего генератора 8 соединен с запускающими входами двух коррелометров б и 7, двух измерителей интервалов 9 и 10, первого 12 и третьего 14 функциональных преобразователей, первые входы двух коррелометров 6 и 7 соединены с первым приемни ком ультразвуковых колебаний 3, второй приемник 4 подключен к второму входу первого коррелометра 6, третий приемник 5 подключен к второму входу второго коррелометра 7, выход первого коррелометра 6 через пер вый измеритель интервалов времени 9 подключен к первому входу триггера 11 и к входу первого Функционального преобразователя 12, выход второго коррелометра 7 подключен через второй измеритель интерналон времени 1 0 ко второму входу триггера 11, к нходу третьего функционального преобразователя 14 и к запускающему входу второго функционального преобразователя 13, выход триггера 11 соединен с первым входом второго Функционального преобразователя 13, второй и третий входы которого соединенысоответственно с выходами первого 12и третьего 14 функциональных преобразователей, а выход которого подключен к сбросным входам первого 12и третьего 14 функциональных преобразователей,Устройство работает следующим образом,При движении жидкости или суспензии между неподвижным шарообразнымтелом 2 и потоком существует частичное биение, вследствие чего в жидкости или суспенэии возникают широкополосные акустические колебания, имеющие случайный характер. Шумоподобныеультразвуковые колебания принимаются первым 3, вторым 4 и третьим 5приемниками. Скорость распространения колебаний от излучателя 2 доприемника 3 равна скорости ультразвука в жидкости С от излучателя 2до приемника 4 С 1= С-Ч 61 с(., а от излучателя 2 до приемника 5 С= С+Ч Э 1 иКгде Ч - скорость движения жидкости.Принятые и преобразованные колебанияподаются на схему измерения. В начальный момент времени ведущий генератор 8 (Фиг, 2,1) запускает коррелометры б и 7, измерителя 9 и 10 временных интервалов, первый 12 и третий 14 функциональные преобразователи, Взаимокорреляционные функции навыходах коррелометрон б и 8 достигают максимумов при й =С и=С 2(фиг. 2,2 и 2,4) где е-ь С = С-Ч 51 нЮ 2 С 1 Ч 51 ИО 1 - расстояние от излучателя 2 доприемников 4 и 5,Ь - расстояние от излучателя 2 доприемника 3,Для определения скорости потоканеобходимо реализовать следующийалгоритм:-Ы(Ф Г 2)27 С 1На выходах измерителей 9 и 10 н момент максимумов взаимокорреляционных Функций образуются прямоугольные импульсы соответственно длительностью 1 и С(фиг. 2,3 и 2,5) . Прямоугольнйй импульс 1 Гподается на вход третьего функционального преобразователя 14 и одновременно задним Фронтом опрокидывает триггер 11 (фиг, 2.6) и запускает функциональный преобразователь 13. Прямоугольный импульс Г( подается на вход первого функциональнс го преобразователя 12, на выходе которо 708157го образуется постоянное напряжение О,пропорциональное длительности импульса Юфиг. 2,1) . При других зна/чениях 1 образуется соответствующее напряжение (.), Напряжение Ц запоминается и подается на второй вход второго функционального преобразователя 13. Задним Фронтом импульсаьтриггер 11 переводится в исходное состояние, и на его выходе образуется импульс длительностью (ф в "Г(фиг.2.6)10 который подается на первый входвторого функционального преобразователя 13. На выходе третьего функционального преобразователя 14 образуется постоянное напряжение О, пропорциональное длительности импульсаЙ, которое запоминается и подается на третий вход функционального преобразователя 13. Этот преобразователь 13 выполняет следующие операции: перемножает постоянные напряжения 0 и 020 получая сигнал, пропорциональный произведению С - с, затем прямоугольный импульс (-С 2) преобразует в пропорциональное постоянное напряжение О,и умножает на постоянный коэфе-ьФициент 2 д а, наконец, производитВ-Иделение иаппнвенинЦ в : - 1 на проивведеь 21 иАние напряжений О.(, . Полученный результат кодируется в цифровую форму и подается на цифровое табло. Во время индикации результата на выходе преобразователя 13 создается импульс, которым производится сброс Функцио нальных преобразователей 12 и 14 в исходное положение (момент 1 о, фиг.2.7). Далее цикл измерения повторяется.Формула изобретенияУльтразвуковой расходомер, содержащий излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, установленные на трубопроводе, и схему измерения, включающую коррелометр, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыжения точности и надежности измерения, он снабжен двумя дополнительными приемниками ультразвуковых колебаний, установленными на одинаковыхрасстояниях по потоку и против негоотносительно излучателя ультразвуковых колебаний, выполненного в виде шара, расположенного внутри трубопровода,и относительно первого приемник а ультразвуковых колебаний,расположенного над излучателем ультразвуковых колебаний,а схема измерения дополнительно содержит второй коррелометр, ведущий генератор, дваизмерителя интервалов времени,триггер и три функциональных преобразователя, причем выход ведущего генератора соединен с запускающими входами двух коррелометров,двухизмерителей интервалов времени, первого и третьего функциональных преобразователей, первые входы двух коррелометров соединены с первым приемником ультразвуковых колебаний, второйприемник ультразвуковых колебаний,подключен к второму входу первого коррелометра, третий приемник ультразвуковых колебаний подключен к второму входу второго коррелометра, выход первого коррелометра через первый измеритель интервалов времени подключен кпервому входу триггера и к входу первого функционального преобразователя, выход второго коррелометра подключен через второй измеритель интер"валов времени к второму входу триггера,. к входу третьего функционального преобразователя и к запускающему входу второго функциональногопреобразователя, выход триггера соединен с первым входом второго функционального преобразователя, второйи третий входы которого соединены соответственно с выходами первого итретьего функциональных преобразователей, а выход которого подключен ксбросовым входам первого и третьегофункциональных преобразователей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Англии 9 1359151,кл. Св 01 Р 5/08, 1974.2, Авторское свидетельство СССРР 446753, кл. С 01 Г 1/ОО, 1972Составитель В. АнтиповТехред М.Петко Корректор Н. Задерно Редак Биб акаэ 8470/3 иал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектн Тираж 801 ЦНИИПИ Государственног по делам изобретени 13035, Москва, Ж, РаПодписноекомитета СССи открытийская наб д