Ультразвуковий фазово-імпульсний витратомір

Реферат: Ультразвуковий фазово-імпульсний витратомір включає два випромінюючі похилі п'єзоперетворювачі, під'єднані до відповідних виходів генератора зондуючих імпульсів, два приймальні похилі п'єзоперетворювачі, під'єднані до відповідних блоків обробки вимірювальної інформації, блоків керування роботою генератора зондуючих імпульсів, а також вимірювальний блок. Блок обробки вимірювальної інформації додатково оснащений вузлом для визначення кута зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів за параметрами інтерференційного еліпса і електронним пристроєм коригування вимірювальної інформації на неідентичність акустичних каналів. UA 71108 U (12) UA 71108 U UA 71108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання витрати рідких і газоподібних речовин за допомогою ультразвуку. Відомий ультразвуковий частотно-часовий витратомір, що включає вимірювальну ділянку трубопроводу з двома приймально-передавальними п'єзоперетворювачами, електронні блоки керування роботою п'єзоперетворювачів і обробки сигналів в інформаційних каналах та індикатор витрати [а.с. СРСР, № 846011, кл. G01F1/66, Бюл. № 34, 1981 p.]. Однак цей витратомір має невисоку точність вимірювання внаслідок одноканальності акустичного тракту. Це зумовлено виникненням похибки функціонування електронно-акустичних трактів при зміні роботи п'єзоперетворювачів з режиму випромінювання на режим приймання і навпаки. Також цей витратомір характеризується складністю конструктивного виконання внаслідок значної кількості електронних блоків в електронних трактах. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого витратоміра, що заявляється, є частотно-імпульсний ультразвуковий витратомір, що включає два випромінюючі похилі п'єзоперетворювачі, під'єднані до відповідних виходів генераторів зондуючих імпульсів, два приймальні похилі п'єзоперетворювачі, під'єднані до відповідних блоків обробки вимірювальної інформації, блоків керування роботою генераторів зондуючих імпульсів і вимірювальний блок. При цьому один із випромінюючих п'єзоперетворювачів виконаний із змінним кутом вводу для 6 здійснення компенсації асиметрії акустичних каналів [патент України, № 28620 А, МПК C01F25/00, Бюл. № 5, 2000 p.]. Проте і даний витратомір характеризується недостатньою точністю вимірювання, оскільки виконання п'єзоперетворювача із змінним кутом вводу забезпечує досягнення тільки умови рівності часу проходження ультразвукових коливань в обох акустичних вимірювальних каналах, які містять складові тракту в стінках трубопроводу і газовому середовищі. При цьому не досягається ідентичність каналів при проходженні ультразвукових коливань безпосередньо у газовому середовищі за рахунок неоднакових кутів вводу коливань у внутрішній переріз трубопроводу, внаслідок чого є різними довжини акустичних трактів проходження коливань всередині трубопроводу. Крім того, даний ультразвуковий витратомір характеризується складністю конструктивного виконання внаслідок необхідності виконання одного із п'єзоперетворювачів із змінним кутом вводу, що також потребує необхідності застосування прецизійних засобів лінійних і кутових вимірювань для досягнення ідентичності акустичних каналів. В основу корисної моделі - Ультразвуковий фазово-імпульсний витратомір - поставлено задачу створення нового більш досконалого витратоміра шляхом введення конструктивних змін і використання нових засобів обробки і коригування вимірювальної інформації для забезпечення підвищення точності вимірювання при одночасному спрощенні конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що блок обробки вимірювальної інформації додатково оснащений вузлом для визначення кута зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів за параметрами інтерференційного еліпса і електронним пристроєм коригування вимірювальної інформації на неідентичність акустичних каналів. Доповнення блока обробки вимірювальної інформації вузлом для визначення кута зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів за параметрами інтерференційного еліпса дає можливість досягнути підвищення точності вимірювань за рахунок можливості одночасного визначення двома методами параметрів інтерференційного еліпса, кожен з яких характеризується високою роздільною здатністю вимірювання кута зсуву фаз. Додаткове оснащення блока обробки вимірювальної інформації електронним пристроєм коригування вимірювальної інформації на неідентичність акустичних каналів дає можливість вилучити необхідність коригування положення п'єзоперетворювачів для досягнення ідентичності акустичних каналів, що сприяє досягненню підвищення точності вимірювань при одночасному спрощенні конструкції витратоміра. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг.1 наведено блок-схему ультразвукового фазово-імпульсного витратоміра. На Фіг. 2 - графічну ілюстрацію першого методу визначення кута зсуву фаз і на Фіг. 3 - графічну ілюстрацію другого методу визначення кута зсуву фаз. Ультразвуковий витратомір містить генератор зондуючих імпульсів 1, блок керування 2, перший електронний ключ 3, другий електронний ключ 4, третій електронний ключ 5, трубопровід 6 з вимірювальним середовищем 7, на якому встановлені в одному корпусі 8 два випромінюючі похилі п'єзоперетворювачі, перший 9 і другий 10 приймальні п'єзоперетворювачі. У склад витратоміра входить блок обробки вимірювальної інформації 11 з вузлом для визначення кута зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів за параметрами інтерференційного еліпса і електронним пристроєм коригування вимірювальної інформації на 1 UA 71108 U 5 10 15 20 25 30 35 неідентичність акустичних каналів. Також у склад витратоміра входить вимірювальний блок 12. Конструктивно вихід генератора зондуючих імпульсів 1 з'єднаний з входом блока керування 2, перший вихід якого з'єднаний з входом першого електронного ключа 3, другий вихід з першим входом другого електронного ключа 4, третій вихід з першим входом третього електронного ключа 5, четвертий вихід з четвертим входом блока обробки вимірювальної інформації 11, а другий вхід з першим виходом блока обробки вимірювальної інформації 11, другий вихід якого з'єднаний з входом вимірювального блока 12, перший вихід першого електронного ключа 3 з'єднаний з першим входом блока обробки вимірювальної інформації 11, вихід другого електронного ключа 4 з'єднаний з другим входом блока обробки вимірювальної інформації 11, вихід третього електронного ключа 5 з'єднаний з третім входом блока обробки вимірювальної інформації 11, другий вихід першого електронного ключа 3 з'єднаний з п'єзоперетворювачем 8, другий вхід другого електронного ключа 4 з'єднаний з першим приймальним п'єзоперетворювачем 9, другий вхід третього електронного ключа 5 з'єднаний з другим приймальним п'єзоперетворювачем 10. Ультразвуковий фазово-імпульсний витратомір працює так. Генератор зондуючих імпульсів 1 виробляє короткі високочастотні імпульси, що надходять на блок керування 2 та на блок обробки вимірювальної інформації 11 і синхронізують їхню роботу. Блок керування 2 виробляє електричні імпульси, що надходять на перший електронний ключ 3, які збуджують акустичні коливання на п'єзоперетворювачі 8. Далі акустичні коливання надходять до приймальних п'єзоперетворювачів 9 і 10, де перетворюються в електричні сигнали, які через електронні ключі 4 і 5 надходять до блока обробки вимірювальної інформації 11. Під час проходження ультразвукових коливань від випромінюючого п'єзоперетворювача 8 через стінки трубопроводу 6 та рухоме середовище рідини або газу 7 до приймальних п'єзоперетворювачів 9 та 10 відбувається зміщення за фазою між акустичними сигналами, що проходять за напрямком та проти напрямку потоку вимірювального середовища. Блок обробки вимірювальної інформації 11, який містить вузол для визначення кута зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів за параметрами інтерференційного еліпса, дає можливість перетворити електричні сигнали з приймальних п'єзоелектричних перетворювачів 9, 10 у інтерференційний еліпс. Завдяки цьому досягається вимірювання кута зсуву фаз  між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів 9 та 10, який є інформативним параметром витратоміра. Вплив неідентичності акустичних каналів на вимірювання витрати виключається за рахунок наявності у блоці 11 електронного пристрою коригування вимірювальної інформації на неідентичність акустичних каналів, який забезпечує корекцію вимірювальної інформації на початкове значення кута зсуву фаз  . Це значення попередньо експериментальним шляхом визначається при відсутності потоку робочого середовища через витратомір. Алгоритм визначення інформативного параметра витратоміра записується залежністю:   X  X Y  Ymax   cos   1   X Xmax  max   40 (1) , де Xmax , Ymax , X , Y - максимальні і миттєві відхилення вихідного сигналу по зображенню інтерференційного еліпса вздовж осей х і у відповідно;  -кут зсуву фаз. При зміні витрати кут зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів 9 та 10 буде змінюватися і відповідно будуть змінюватися форма і розміри інтерференційного еліпса, що буде відповідати вимірюваній витраті природного газу. Перший метод визначення кута зсуву фаз  визначається алгоритмом: sin   45  2    sin       h H, (2) де h - відстань між точками перетину еліпсом осі у; H - довжина відрізка, що утворюється внаслідок проектування еліпса на вісь у. Графічна ілюстрація першого методу визначення кута зсуву фаз наведена на Фіг. 2. Другий метод визначення кута зсуву фаз  визначається алгоритмом: tg  b  2 a, (3) де b - мала вісь еліпса; a - велика вісь еліпса. Графічна ілюстрація другого методу визначення кута зсуву фаз подана на Фіг. 3. 2 UA 71108 U 5 10 15 Використовуючи будь-який один із двох або одночасно два методи визначення кута зсуву фаз  можна досягнути потрібної точності вимірювань. При цьому у блоці обробки вимірювальної інформації ультразвукового витратоміра передбачається можливість підвищення точності вимірювань шляхом використання цифрового осцилографа з комп'ютерною обробкою даних. Пропонований ультразвуковий фазово-імпульсний витратомір забезпечує підвищення точності вимірювання витрати рідин і газу шляхом застосування нового вузла в блоці обробки вимірювальної інформації, який забезпечує визначення кута зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів по параметрах інтерференційного еліпса з врахуванням асиметрії акустичних каналів. При цьому одночасно також забезпечується підвищення точності вимірювання і спрощення конструкції ультразвукового витратоміра внаслідок вилучення в ультразвуковому витратомірі конструктивної необхідності досягнення ідентичності акустичних каналів завдяки додатковому оснащенню блока обробки вимірювальної інформації новим електронним пристроєм коригування вимірювальної інформації на неідентичність акустичних каналів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Ультразвуковий фазово-імпульсний витратомір, що включає два випромінюючі похилі п'єзоперетворювачі, під'єднані до відповідних виходів генератора зондуючих імпульсів, два приймальні похилі п'єзоперетворювачі, під'єднані до відповідних блоків обробки вимірювальної інформації, блоків керування роботою генератора зондуючих імпульсів, а також вимірювальний блок, який відрізняється тим, що блок обробки вимірювальної інформації додатково оснащений вузлом для визначення кута зсуву фаз між сигналами приймальних п'єзоперетворювачів за параметрами інтерференційного еліпса і електронним пристроєм коригування вимірювальної інформації на неідентичність акустичних каналів. 3 UA 71108 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4