Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР
ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для измерения с повышенными разрешающей способностью и точностью скорости потоков жидкостей и газов в трубопроводах. Сущность изобретения: двухканальный частотный ультразвуковой расходомер содержит два излучателя, два приемника, частотно-избирательный автогенераторный делитель, полосовой фильтр, усилитель, буферный усилитель, детектор, фильтр низкой частоты, частотомер. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2044278
Класс(ы) патента: G01F1/00
Номер заявки: 92002663/10
Дата подачи заявки: 30.10.1992
Дата публикации: 20.09.1995
Заявитель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью Опытное конструкторское бюро "Павика"
Автор(ы): Мельцер Я.Е.
Патентообладатель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью Опытное конструкторское бюро "Павика"
Описание изобретения: Изобретение относится к технике частотной ультразвуковой расходометрии и может быть использовано для измерения с повышенными разрешающей способностью и точностью скорости потоков жидкостей и газов в трубопроводах.
Известен двухканальный пакетно-частотный ультразвуковой расходомер, содержащий два пьезоизлучателя и два пьезоприемника, две пары пьезоизлучатель-пьезоприемник образуют в акустической среде потока два одинаковых по длине параллельных акустических канала, причем пьезоизлучатели расположены так, что в одном из акустических каналов излучение пьезоизлучателем происходит в направлении проекции вектора скорости потока на ось канала, а во втором в противоположном направлении, два электронных автогенераторных тракта, в цепь положительной обратной связи каждого из которых включен один из акустических каналов, и измеритель разности частот, генерируемых автогенераторными трактами [1] Эта разность частот Δf f+ f- (где f+ частота, генерируемая трактом, в цепь положительной обратной связи которого включен акустический канал с излучением ультразвука в направлении проекции вектора скорости потока на ось канала; f- частота, генерируемая трактом, в цепь положительной обратной связи которого включен акустический канал с излучением ультразвука в противоположном направлении) пропорциональна модулю скорости v-проекции вектора скорости потока vп на ось канала:
v vпcosα (f+ -f-) где vп скорость потока;
α угол между осью трубопровода и осью акустического канала;
L длина акустического канала;
К 0,5, или 1; 2; любое целое число, меньшее c/vmax и определяющее номер гармоники частоты f , которую генерирует расходомер при vп 0 (с скорость звука в покоящейся акустической среде потока).
В аналоге [1] реализован при К 0,5 так называемый частотно-пакетный расходомер. При К ≥ 1 реализуется частотно-импульсный расходомер, либо частотный расходомер с генерацией непрерывных синусоидальных колебаний. Одноканальный расходомер последнего типа, но с одним акустическим каналом, образуемым двумя обратимыми пьезопреобразователями, описан в [2]
Автогенераторные тракты в нем выполнены в виде частотно-избирательных усилителей, снабженных автоматическими регуляторами усиления.
Частотную избирательность обеспечивают включенные на входах усилителей полосовые фильтры с вентральными частотами f+= K и f-= K и полосами K, пропускающие полезные частоты f+ K и f- K и отсеивающие остальные (соответствующие иным значениям К). Следует отметить взаимные помехи в усилительных цепях при малых v, когда f+ и f- весьма близки.
Обоим аналогам, описанным в [1] и [2] присущи ошибки измерения, вызванные асимметрией электронных трактов различием времени задержки сигнала в них; отклонением вектора скорости потока vпот оси трубопровода, вызывающим изменение модуля проекции этого вектора на ось акустического канала.
Эти недостатки отсутствуют в частотно-импульсном расходомере, описанном в [3] наиболее близком по технической сущности к предлагаемому и являющемся его прототипом. Расходомер содержит четыре обратимых пьезопреобразователя, две пары которых образуют в среде потока два акустических канала одинаковой длины. Оси акустических каналов симметричны относительно оси трубопровода и пересекаются на середине их длины. Каждый из каналов поочередно, с помощью двухтактного коммутатора, подключается в цепь положительной обратной связи своего автогенераторного тракта так, что одновременно в течение одного такта коммутатора в обоих каналах распространяются акустические колебания в направлениях, совпадающих с направлением проекции вектора скорости потока на ось канала, а в течение второго такта коммутатора в противоположном направлении. Автогенераторы в течение 1-го такта генерируют частоты f1+ и f2-, на сумму которых f+ f1+ + f2+ отклонение вектора скорости потока v от оси трубопровода влияния не оказывает. В течение 2-го такта автогенераторы генерируют частоты f+ и f2-, сумма f которых обладает аналогичным свойством независимости от отклонения vп от оси трубопровода. Искомая разность частот Δ f f+ f-(пропорциональная v, а следовательно, и скорости потока vп) также не зависит от отклонения вектора vп от оси трубопровода, а использование одного и того же автогенераторного тракта для генерации f1+ и f1- (и, аналогично, f2+ и f2-) исключает и ошибку от асимметрии трактов, характерную для расходомеров [1] и [2]
Прототип построен по схеме частотно-импульсного расходомера, но вполне возможно его построение по схеме расходомера с генерацией непрерывных синусоидальных колебаний в течение каждого такта (полупериода) работы коммутатора. При этом аналогично [2] автогенераторные тракты представляют собой автогенераторные частотно-избирательные усилители с автоматической регулировкой усиления.
Обеспечивающие частотную избирательность полосовые фильтры, включенные на входе усилителей, имеют в этом случае одинаковые центральные частоты fц= K и полосы пропускания 2 > ΔF > 2, что позволяет им пропускать полезные частоты f± K и отсеивать остальные (соответствующие невыбранным иным значениям К).
Прототип обладает недостатками, связанными с коммутацией акустических каналов. Во-первых, коммутационные шумы, накладываясь на полезный сигнал, маскируют его малые измерения, т.е. ухудшают разрешающую способность расходомера и тем самым увеличивают погрешность измерения скорости потока. Во-вторых, ограничение времени измерения каждой из генерируемых частот (полупериодом коммутации) повышает составляющую ошибки измерения частоты, связанную с дискретностью отсчета в электронно-счетном частотомере.
Сущность изобретения заключается в том, что в двухканальном частотном ультразвуковом расходомере, содержащем две пары первичных преобразователей, каждая из которых включает излучающий и приемный преобразователи, образующие в акустической среде измеряемого потока два одинаковых по длине акустических канала с распространением акустических волн под углом к оси потока и навстречу друг к другу, а также вторичный преобразователь, подключенный к блоку измерения и индикации, при этом выходы и входы первичных преобразователей подключены соответственно к входу и управляющему выходу вторичного преобразователя, первичные преобразователи в каждой из пар соединены между собой, вторичный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных частотного автогенераторного усилителя, буферного усилителя, детектора и фильтра низких частот, а управляющим выходом вторичного преобразователя является выход автогенераторного усилителя.
Благодаря отличительным признакам (электрическим соединениям узлов электронной схемы, расположению пьезоизлучателей и включению в состав расходомера детектора) предлагаемый расходомер, сохраняя достоинство прототипа (независимость показаний от отклонения vп от оси трубопровода и от асимметрии электронных трактов), лишен его недостатков, порожденных коммутационными шумами. К тому же очевидна большая простота аппаратурной реализации его электронной части по сравнению с прототипом.
На фиг.1 изображена схема предлагаемого расходомера; на фиг.2 эпюры, поясняющие работу устройства.
Пьезопреобразователи (первичные преобразователи) 1-4, из которых 1 и 2 излучатели, а 3 и 4 приемники, образуют в потоке 5 (скорость vпкоторого подлежит измерению) два акустических канала 1-3 и 2-4. Электрические выходы пьезоприемников 3 и 4 соединены с входом частотно-избирательного автогенераторного усилителя 6, состоящего из полосового фильтра 7 (с полосой 2 > Δf > 2 ) собственно усилителя 3 с автоматической регулировкой усиления. Измеритель разности частот состоит из буферного усилителя 9, детектора 10, фильтра 11 низких частот и частотомера 12. Блоки 6.11 составляют вторичный преобразователь с управляющим выходом автогенератора.
Коэффициент усилителя 8 удовлетворяет условию самовозбуждения на частотах в диапазоне (c ± vmax).
Полосовой фильтр имеет центральную частоту f K и полосу пропускания 2 > Δfф > 2K.
Работа расходомера происходит следующим образом. Благодаря выбору достаточного коэффициента усиления усилителя 8, наличию АРУ, частотной избирательности полосового фильтра 7 и акустических каналов 1-3 и 2-4 и усилителя поддерживается квазилинейный мягкий режим самовозбуждения одновременно на двух близких частотах: f+ (определяемой частотной избирaтельностью акустического канала 1-3) и f- (определяемой частотной избирательностью акустического канала 2-4), где v13 и v42 проекции вектора скорости потока vп на оси каналов 1-3 и 2-4 соответственно; t задержка сигнала в фильтре 7 и усилителе 8 (см. эпюры 1,2 на фиг.2).
Ввиду близости частот f+ и f- (так как v<<c), на входах фильтра 7, автогенераторного усилителя 8 и буферного усилителя 9 имеются биения сигналов этих частот, огибающая биений изменяется с разностной частотой f+ f- (см. эпюру 3 на фиг.2). Сигнал разностной частоты f+ f-, присутствующий в выходном сигнале детектора 10, пропускается фильтром 11 низких частот и поступает на вход частотомера 12, показания которого пропорциональны скорости потока vп.
Формула изобретения: ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий две пары первичных преобразователей, каждая из которых включает излучающий и приемный преобразователи, образующие в акустической среде измеряемого потока два одинаковых по длине акустических канала с распространением акустических волн под углом к оси потока и навстречу одна к другой, а также вторичный преобразователь, подключенный к блоку измерения и индикации, при этом выходы и входы первичных преобразователей подключены соответственно к входу и управляющему выходу вторичного преобразователя, отличающийся тем, что первичные преобразователи в каждой из пар соединены между собой, вторичный преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных частотного автогенераторного усилителя, буферного усилителя, детектора и фильтра низких частот, а управляющим выходом вторичного преобразователя является выход автогенераторного усилителя.