Ультразвуковой расходомер

Союз Советских оциапистических Республик(21) 2592803/1 Г 1/66 рнсоелинен заявки сударствакхый кеми СССР(72) Авторы изобретения Б. К.-В.Ю, Берн и А В. Тамули Каунасский политехнический институт им. Снечкуса(7) Заявнтел ас 4) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР ской сущ- ультрай ультИзобретение относится к неразрушающему контролю ультразвуковым методоми может быть использовано в системахизмерения скорости потока,Известен ультразвуковой расходомер,содержащий несколько пар физлучательприемник ультразвуковых колебаний, расположенных в плоскости, пересекающейконтролируемый поток, на одинаковыхрасстояниях друг от друга Я .Недостатками расходомера являютсяневысокая точность измерения вследствие того, что преобразователи установлены непосредственно в потоке и создают повышенную турбулентность в зонезондирования ультразвуком, а также недостаточное быстродействие измерения исложность схемы расходомера, что обусловлено тем, что пары преобразователейпосредством усилителей соединены последовательно.Наиболее близким по техничености к предлагаемому являетсязвуковой расходомер, содержаши развуковой излучающий пьезопреобразователь с двухлучевой диаграммой направленности, два расположенных на противоположной от излучающегопьезопреобразователя стенке трубопровода ультразву 5 ковых приемных пьезопреобразователя,схему измерения с возбуждающим генератором, подключенным к ультразвуковому излучающему пьезопреобразователю,и индикатором (2,Недостатком этого измерителя является узкий частотный диапазон преобразователей с двухлучевой диграммой направленности, что исключает возможностьработы в импульсном режиме, который15позволяет реализовать высокую точностьизмерения,Цель изобретения - повышение точности измерения,20Для этого в предлагаемам устройствеультразвуковые пьезопреобразователи расположены по углам прямоугольного треугольника и выполнены в виде поляризованных по длине пьезоэлектрических10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стержней снанесенными на торцовую ибоковую поверхности токопроводяшимиэлектродами, причем боковые электродыизлучающего и одного из приемнь"х пьезопреобразователей, расположенных в острых углах прямоугольного треугольника,выпмнены под углом к торцовым активным поверхностям пьезоэлектрическихстержней и параллельно друг другу,а боковой электрод другого приемногопьезопреобразователя выполнен параллель.но торцовой активной поверхности пьезоэлектрического стержня, в схему изме-рения введены два формирователя временных интервалов, блок памяти временныхинтервалов, функциональный преобразователь, блок разностного интервала вре/мени и решающее устройство, причем кпервым входам двух формирователей временных интервалов подключены соответственно первый и второй ультразвуковыеприемные пьезопреобразователи, а ко вто рым входам - выход возбуждающего генератора, выход первого формирователявременных интервалов соединен с первымвходом блока памяти временных интервалов, вторым входом подключенным квыходу второго формирователя временных интервалов, который также соединенс входом функционального преобразователя, выход блока памяти временных интервалов соединен с одним из входов блока .разностного интервала времени, другойвход которого подключен к выходу функционального преобразователя и с первымвходом решающего устройства, второй1 ф" вход которого соединен с выходом блокаразностного. интервала времени, третийвход решающего устройства соединен свыходом второго формирователя временных интервалов, а выход решающего устройства подключен к индикатору.На чертеже представлена структурнаясхема расходомера.Ультразвуковой расходомер содержитрасположенные на стенке трубопровода 1ультразвуковой излучающий пьезопреобразователь 2 с двухлучевой диаграммой направленности и два ультразвуковыхприемных пьезопреобразователя 3 и 4,один из которых (пьезопреобразователь3) имеет однолучевую диаграмму направленности, а другой (пьезопреобразователь 4)двухлучевую. Ультразвуковыепьеэопреобразователи 2, 3 и 4 расположеныв держателях 5 по углам прямсугольного треугольника 6 и выполненны"в видеполярйзованных по длйне пьезоэлектрических стержней с нанесенными на торцовую и боковую поверхности токопрово- .дящими электродами 7. Причем боковыеэлектроды пьезопреобразователей 2 и 4выполнены под углом к торцовым активным поверхностям и параллельно друг другу, а боковой электрод пьезопреобразователя 3 выполнен параллельно торцовой активной поверхности.Блок измерения содержит возбуждающий генератор 8, подключенный к излучающему пьезопреобразователю 2 и два формирователя временных интервалов 9 и 10. К первым входам последних подключены соответственно первый 3 и второй 4 приемные пьезопреобразователи, ко вторым входам - выход возбуждающего генератора 8. Выход первого формирователя временных интервалов 9 соединен с первым входом блока памятивременных интервалов 11, вторым входом подключенным к выходу второгоформирователя временных интервалов 10,который также соединен с входом функционального преобразователя 12, выходблока памяти временных интервалов 11соединен с одним из входов блока разностного интервала времени 13, другойвход которого подключен к выходу функционального преобразователя 12, и с первым входом решающего устройства 14,второй вход которого соединен с выходомблока разностного интервала времени 13. Третий вход решающего устройства 14 соединен с выходом второго формирователя временных интервалов 10, а выход решающего устройства 14 подключен к индикатору 15,Расходомер работает следующим образом.Для пьезопреобразователей с неоднородным электрическим полем источниками ультразвука являются торцовая и боковая поверхности пьезоэлектрического стержня, на которых расположены электроды 7. Из-ва интерференции акустических сигналов в стержне, вызываемой линейно- изменяющимся расстоянием между плоскостями электродов 7, диаграмма направленности такого пьезопреобразователя имеет два максимума, первый, перпендикулярный к торцовой поверхности, второй под углом к торцовой поверхности пьезопреобразователей 2 и 4. Диаграмма направленности пьезопреобразователя 3, рабочие электроды 7 которого параллельны друг другу, имеет один максимум, перпендикулярный к торцовой поверхности.5 7359 Подобные пьезопреобразователи обладают широкой полосой пропускания, что позволяет реализовать импульсный режим работы расходомера.При расположении пьезопреобразова- телей 2, 3 и 4 по углам прямоугольного треугольника скорость потока определяется формулойч-к -"-"-дв-,1 С Й где=сК- фТ = - )я. с+соло.И - расстояние между пьвзопреобразователями 2 и 3;9, в . расстояние между ньезопреобразователями 2 и 4;оС, - угол между вектором скоростипотока и прямойС, - скорость ультразвука в среде.Схема расходомера реализует этот алгоритм.Импульсный генератор 8, работающий25 в автоколебател 6 ном режиме с периодом повторения , превышающим максимально возможный интервал времени возбуждает излучающий преобразователь 2 с двухлучевой диаграммой направленности и, 30 . одновременно запускает формирователи 9 и 10. временных интервалови (, .Ультразвуковой импульс проходит исследуемый поток и принимается пьезоприемниками 3 и 4. Интервал времениС соответствует времени прохождения акустическим сигналом расстояния И, а Г - времени прохождения сигналом расстояния Ю . Принятый пьезопрео=.ра.зователями 3 и 4 ультразвуковой сигнал43 преобразуется в электрический и поступает соответственно на вторые входы формирователей 9 и 10 временных интервалов Фи ЬНа выходе формирователя 9 образует 45 ся импульс длительностью Ф, который поступает на блок 11 памяти временных интервалов Г, в котором запоминается до окончания импульса с выхода формирователя 10. На выходе последнего обраЫ зуется импульс с длительностью С который одновременно поступает на функциональный преобразователь 12 С - Кс . Первый вход решающего устройф. г 2( 55 ства 14, в котором запоминается (аналогично блоку 11) до прихода импульса с выхода блока 3 1, .и на второй вход блока памяти 11, 11 о окончании импульса 23 6длительностью г импульс длительностьюс выхода блока памяти 11 поступает одновременно на решающее устройство 14 и блок разностного интервала времени 13, на второй вход которого поступает импульс с выхода функционального преобразователя 12 Г = К С . При этом на выходе блока 13 образуется импульс с длительностью 2-К З, который поступает на третий вход решающего устройства 14, который осуществляет следую шив операции: Ф хй,й -К /сСи Ь.-ъа(На выходе решающего устройства 11 олучается сигнал, соответствую-щий скорости потока, кодируется и поступает на индикатор 15.формула изобретения Ультразвуковой расходомер, содержащий ультразвуковой излучающий пьезопреобразователь с двухлучевой диаграммой направленности, два расположенныхиа противоположной от излучающего пьезопреобразователя стенке трубопроводаультразвуковых приемных преобразователя,и схему измерения с возбуждающим генератором, подключенным к ультразвуковому излучающему пьезопреобразователю,и индикатором, о т л и ч а ю; щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, ультразвуковые пьвзопреобразователи расположены по углам прямоугольного треугольника и выполнены ввиде поляризованных по длине пьезоэлектрических стержней с нанесенными наторцовую и боковую поверхности токопроводящими электродами, причем боковывэлектроды излучающего и одного из приемййх пьезопреобразователей, расположенных в острых углах прямоугольного треугольника, выполнены под углом к торцовым активным поверхностям пьезоэлектрических стержней и параллельно другдругу, а боковой электрод другого приемного пьезопреобразователя выполненпараллельно торцовой поверхности пьезоэлектрического стержня, в схему измереши введены два формирователя временных интервалов, блок памяти временныхинтервалов, функциональный преобразователь, блок разностного интервала времни и решающее устройство прячем кпервым входам двух формирователей временных интервалов подключены соответственно первый и второй ультразвуковые приемные пьезопреобразователи, аСоставитель В. Антиповва Техред А, Шепанская Корректор А. Гриценко актор Т. 2 Тираж 801 Ш 1 ИИПИ Государственногпо делам изобретений 113035, Москва, ЖПодписноекомитета СССРоткрытийРаушская наб де 2411/3 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ра е "и,7 ;аг, м.-е "T359 ко вторым входам - выход,"вжбуждающе о генератора, выход первого формирова:еля временных интервалов соединен с первым входом блока памяти временных ййтермйовв вторым входом подключены к выходу второго формирователя времен-. ных интервалов, который также соединен с входом функционального преобразователя, выход блока "памяти временныхинтервалов ооединен о одним ие входов блока Е реанаОГНого интервала времени, другов вход которого подключен к выходу функционального преобразователя, и с первым входом решающего устройства, второй 23 8вход которого соединен с выходом блока разностного интервала времени, третий вход решающего устройства соединен с выходом второго формирователя временных интервалов, а выход решающего устройства подключен к индикатору. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Ь 502225, кл. ( 01 Р 1/66,1974. 2. Авторское свидетельство СССР Мо 422958, кл. Ь 01 Р 1/66, 1972