close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4011

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4011
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 01F 1/66
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР-СЧЕТЧИК ГАЗА
(21) Номер заявки: a 19981148
(22) 1998.12.22
(46) 2001.09.30
(71) Заявители: Научно-исследовательский
институт
прикладных физических проблем им. А. Н.
Севченко, Чернобай И.А., Грищенко В.И.,
Карташевич А.Н. (BY)
(72) Авторы: Чернобай И.А., Грищенко В.И.,
Карташевич А.Н. (BY)
(73) Патентообладатели: Научно-исследовательский
институт им. А.Н. Севченко, Чернобай Иван
Александрович, Грищенко Виталий Иванович,
Карташевич Александр Николаевич (BY)
(57)
Ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий два акустических преобразователя, расположенных на
противоположных стенках трубопровода под углом к его оси и связанных через коммутатор с генератором зондирующих импульсов и с последовательно соединенными усилителем, селектором, счетчиком импульсов, регистром
памяти, блоком вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством, а также содержащий последовательно соединенные опорный
Фиг. 1
BY 4011 C1
генератор, делитель частоты, дешифратор состояний, преобразователь временной интервал-амплитуда, аналогоцифровой преобразователь и преобразователь кода, причем второй выход опорного генератора подключен через
формирователь интервальных импульсов ко второму входу преобразователя временной интервал-амплитуда, выходы дешифратора состояний подключены ко входам коммутатора, регистра памяти и регистрирующего устройства, выходы счетчика импульсов подключены к старшим разрядам регистра памяти, а его младший разряд подключен к выходу преобразователя кода, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные
формирователь импульсов манипуляции, схема совпадения и фазовый манипулятор, выходом связанный со входом генератора зондирующих импульсов, в качестве которого применен усилитель зондирующих сигналов, а вторым входом - со вторым выходом формирователя импульсов манипуляции, а также последовательно соединенные
детектор, избирательный усилитель сигнала огибающей и компаратор нуля, причем вход детектора подключен ко
второму выходу усилителя, в качестве которого применен избирательный усилитель несущих колебаний, а выход
компаратора нуля - ко второму входу селектора, третий вход которого связан с одним из выходов дешифратора состояний, а второй выход - со вторым входом формирователя интервальных импульсов, причем первый вход формирователя импульсов манипуляции подключен к одному из выходов дешифратора состояний, связанного со стартовым входом счетчика импульсов, который счетным входом подключен к третьему выходу опорного генератора,
а вторые входы схемы совпадения и формирователя импульсов манипуляции подсоединены к выходам делителя
частоты.
(56)
SU 972223, 1982.
BY 2167 C1, 1998.
BY 2166 C1, 1998.
RU 2047097 С1, 1995.
RU 2064165 С1,1996.
US 4452090 A, 1984.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода и
подсчета суммарного количества газообразных сред в нефтегазодобывающей, газотранспортной, газовой,
химической, пищевой, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. Преимущественным его
применением является точный коммерческий подсчет количества газа, поступающего для промышленных и
бытовых целей.
Известен ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий два акустических преобразователя, расположенных на прямом участке газопровода под углом к его оси и связанных через коммутатор с усилителем зондирующих сигналов и с последовательно соединенными усилителем, компаратором, счетчиком импульсов, ко
второму входу которого подключен кварцевый генератор, регистром памяти, блоком вычисления разности величин, обратных времени распространения ультразвука по и против потока газа, и регистрирующим устройством [1].
Недостатком указанного расходомера-счетчика является невысокая точность измерений, которая ограничивается как величиной единицы дискретного счета, т.е. длительностью периода колебаний высокостабильного кварцевого генератора, так и недостаточно высоким отношением сигнал/помеха, уменьшающимся при
увеличении скорости потока газа из-за флуктуации ультразвуковых сигналов на турбулентных неоднородностях потока, а также из-за акустических шумов, возникающих по причинам трения газа при его движении о
стенки газопровода.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является ультразвуковой расходомер-счетчик газа,
содержащий два акустических преобразователя, расположенных на противоположных стенках трубопровода
под углом к его оси и связанных через коммутатор с генератором зондирующих импульсов и с последовательно соединенными усилителем, селектором, счетчиком импульсов, регистром памяти, блоком вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством, а также содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты, дешифратор состояния, преобразователь временной
интервал-амплитуда, аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кода, причем второй выход
опорного генератора подключен через формирователь интервальных импульсов ко второму входу преобразователя временной интервал-амплитуда, выходы дешифратора состояний подключены ко входам коммутатора, регистра памяти и регистрирующего устройства, выходы счетчика импульсов подключены к старшим
разрядам регистра памяти, а его младший разряд подключен к выходу преобразователя кода [2].
Однако известное устройство обладает недостаточно высокой точностью измерений по причине малого
отношения сигнал/помеха из-за флуктуации ультразвуковых сигналов на турбулентных неоднородностях газа и недостаточно высокой помехоустойчивостью из-за больших флуктуаций уровней принимаемых ультразвуковых сигналов за счет их рассеяния и переотражения на турбулентных вихрях потока, что в особенности
относится к газовым потокам, имеющим малую кинематическую вязкость и, следовательно, большое число
2
BY 4011 C1
Рейнольдса и хорошо развитую турбулентность. Другой существенной причиной, уменьшающей отношение
сигнал/помеха и приводящей поэтому к недостаточно высокой точности и помехоустойчивости измерений,
являются акустические шумы, возникающие при движении газовых потоков в трубопроводах, в особенности
при движениях газа с большими скоростями, что преимущественно относится к промышленным газопроводам. Так, если при скоростях движения газа в несколько метров в секунду интенсивность шумов пропорциональна, как правило, квадрату скорости движения потока газа, что объясняется кинетической энергией трения газа о стенки трубопровода, то при движении потока газа со скоростями выше 4-7 м/с в акустические
шумы вносятся составляющие, обусловленные взаимодействием турбулентных вихрей потоков как со стенками газопровода, так и между собой, что резко увеличивает интенсивность шумов. В результате при современных требованиях измерения скорости газовых потоков до 15-20 м/с и выше известное техническое решение вообще неприменимо и неработоспособно.
Целью предполагаемого изобретения является повышение точности и обеспечение помехоустойчивости
измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой расходомер-счетчик газа введены последовательно соединенные формирователь импульсов манипуляции, схема совпадений и фазовый манипулятор,
выходом связанный со входом генератора зондирующих импульсов, в качестве которого применен усилитель зондирующих сигналов, а вторым входом - со вторым выходом формирователя импульсов манипуляции, а также последовательно соединенные детектор, избирательный усилитель сигнала огибающей и компаратор нуля, причем вход детектора подключен ко второму выходу усилителя, в качестве которого
применен избирательный усилитель несущих колебаний, а выход компаратора нуля - ко второму входу селектора, третий вход которого связан с одним из выходов дешифратора состояний, а второй выход - со втором входом формирователя интервальных импульсов, причем первый вход формирователя импульсов манипуляции подключен к одному из выходов дешифратора состояний, связанного со стартовым входом
счетчика импульсов, который счетным входом подключен к третьему выходу опорного генератора, а вторые
входы схемы совпадения и формирователя импульсов манипуляции подсоединены к выходам делителя частоты.
На фиг. 1 представлена блок - схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов.
Ультразвуковой расходомер - счетчик газа содержит два акустических преобразователя 1 и 2, расположенных на противоположных стенках трубопровода 3 под углом α к его оси и связанных через коммутатор 4
с генератором 5 зондирующих импульсов и с последовательно соединенными усилителем 6, селектором 7,
счетчиком 8 импульсов, регистром 9 памяти, блоком 10 вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством 11, а также содержащий последовательно соединенные опорный генератор 12, делитель 13 частоты, дешифратор 14 состояний, преобразователь 15 временной интервал-амплитуда, аналогоцифровой преобразователь 16 и преобразователь 17 кода, причем второй выход опорного генератора 12 подключен через формирователь 18 интервальных импульсов ко второму входу преобразователя 15 временной
интервал-амплитуда, выходы дешифратора 14 состояний подключены ко входам коммутатора 4, регистра 9
памяти и регистрирующего устройства 11, выходы счетчика 8 импульсов подключены к старшим разрядам
регистра 9 памяти, а его младший разряд подключен к выходу преобразователя 17 кода.
Ультразвуковой счетчик газа также содержит последовательно соединенные формирователь 19 импульсов манипуляции, схему 20 совпадения и фазовый манипулятор 21, выходом связанный со входом генератора 5 зондирующих импульсов, в качестве которого применен усилитель 5 зондирующих сигналов, а вторым
входом - со вторым выходом формирователя 19 импульсов манипуляции, а также последовательно соединенные детектор 22, избирательный усилитель 23 сигнала огибающей и компаратор 24 нуля, причем вход
детектора 22 подключен ко второму выходу усилителя 6, в качестве которого применен избирательный усилитель 6 несущих колебаний, а выход компаратора 24 нуля - ко второму входу селектора 7, третий вход которого связан с одним из выходов дешифратора 14 состояний, а второй выход - со вторым входом формирователя 18 интервальных импульсов, причем первый вход формирователя 19 импульсов манипуляции
подключен к одному из выходов дешифратора 14 состояний, связанного со стартовым входом счетчика 8
импульсов, который счетным входом подключен к третьему выходу опорного генератора 12, а вторые входы
схемы 20 совпадения и формирователя 19 импульсов манипуляции подсоединены к выходам делителя 13
частоты.
Принцип работы предлагаемого устройства базируется на излучении по потоку газа и против него ультразвуковых кодовых сигналов, что достигается формированием радиоимпульсных по форме пачек ультразвуковых сигналов заданной длительности с фазовой внутриимпульсной манипуляцией, которая имеет четкое сфазирование по заданному количеству периодов ультразвуковых сигналов. Прошедшие через
измеряемый поток газа ультразвуковые кодовые сигналы принимаются соответствующим, в зависимости от
направления их распространения по потоку или против, пьезопреобразователем и подаются на согласованный фильтр, состоящий из полосового избирательного усилителя несущих колебаний, детектора и избирательного усилителя сигнала огибающей. Согласованный фильтр является оптимальным приемником фазо3
BY 4011 C1
манипулированных ультразвуковых сигналов. Происходит значительное увеличение отношения сигнал/помеха за счет того, что принятый ультразвуковой сигнал селектируется по частоте и накапливается по
амплитуде в избирательном усилителе несущих колебаний и, после преобразования и выделения на выходе
детектора, дополнительно селектируется по частоте и накапливается по амплитуде в избирательном усилителе сигнала огибающей. Такая обработка сигналов обеспечивает точность и помехоустойчивость измерений.
Ультразвуковой расходомер-счетчик газа работает следующим образом.
Опорный генератор 12 является высокостабильным кварцевым генератором, который на своих выходах
формирует непрерывную последовательность стабильных импульсов сравнительно высокой частоты f0, равной, например, 40 МГц (фиг. 2.1). Эти импульсы подаются на делитель 13 частоты, в котором делятся до
частоты fт тактовых импульсов (фиг. 2.2), соответствующих по частоте повторения резонансным частотам
акустических преобразователей 1 и 2. С выхода делителя 13 частоты тактовые импульсы подаются на схему
20 совпадения, на формирователь 19 импульсов манипуляции и на дешифратор 14 состояний, посредством
которого по тактовым импульсам формируются все необходимые сигналы, осуществляющие синхронизацию
работы ультразвукового расходомера-счетчика газа в целом.
По тактовому импульсу в момент времени t1 формирователь 19 импульсов манипуляции с помощью дешифратора 14 состояний начинает формировать по своему выходу, связанному со схемой 20 совпадения,
импульс, вид которого приведен на фиг. 2.3, а по второму выходу, связанному с фазовым манипулятором 21,
серию импульсов, начало и конец которых в моменты времени t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9 точно сфазированы с тактовыми импульсами частотой fT и соответствуют моментам вступления тактовых импульсов с выхода делителя 13 частоты на вход формирователя 19 импульсов манипуляции, причем длительность временных промежутков t1-t2, t3-t4, t5-t6, t7-t8 равна целому числу (n) периодов тактовых импульсов, а длительность
временных промежутков t2-t3, t4-t5, t6-t7, t8-t9 равна целому числу (m) периодов тактовых импульсов. Эти импульсы соответствуют на временной диаграмме сигналов (фиг. 2.3, 2.4, 2.5) измерениям по потоку газа. Аналогично сформированные импульсы во втором цикле работы в моменты времени t1', t2', t3', t4', t5', t6', t7', t8', t9'
(рис. 2.3, 2.4, 2.5) соответствуют измерениям против потока газа.
По импульсам, поступающим с первого выхода формирователя 19 импульсов манипуляции (фиг. 2.3), и
по тактовым импульсам, поступающим с делителя 13 частоты (фиг. 2.2), схема 20 совпадения в промежуток
времени t1-t9 (t1'–t9') формирует на своем выходе радиоимпульсы, заполненные тактовой частотой fТ, которые
подаются на фазовый манипулятор 21. По импульсной последовательности, поступающей со второго выхода
формирователя 19 импульсов манипуляции и являющейся фактически кодовой импульсной последовательностью, фазовый манипулятор 21 скачкообразно меняет фазу, например на 180°, колебаний внутри радиоимпульса, поступающего на его первый вход со схемы 20 совпадений, причем изменения фазы являются
точно сфазированными по тактовым импульсам и осуществляются в моменты времени t2, t3, t4, t5, t6, t7 и t8 (t2',
t3', t4', t5', t6', t7', t8'). Существенным является то, что в промежутках времени t1-t2, t3-t4, t5-t6, t7-t8 (t1'-t2', t3'-t4', t5'-t6',
t7'-t8') фаза радиоимпульсных колебаний не изменяется и совпадает с фазой колебаний, поступающих с выхода схемы 20 совпадения (фиг. 2.2, 2.5), а в промежутках времени t2-t3, t4-t5, t6-t7, t8-t9 (t2'-t3', t4'-t5', t6'-t7', t8'-t9')
(фиг. 2.5 - затушевано темным) фаза колебаний является противофазной исходным колебаниям, поступающим с выхода схемы 20 совпадений.
В соответствии с теорией оптимального приема сигналов [3] для надежного восстановления сигнала на
приемном тракте необходимо не менее трех-четырех периодов его повторения, поэтому при формировании
кодовых манипулированных сигналов в предложенном ультразвуковом расходомере-счетчике газа принято
количество полных периодов фазоманипулированных сигналов равное четырем, что и отражено на фиг. 2.4,
2.5. В соответствии с этим внутри каждого радиоимпульса формируется четыре полных периода фазовой
манипуляции. Это формирование осуществляется таким образом, что полные периоды фазоманипулированных колебаний (tф.м) равны между собой:
tф.м. = t1-t3 = t3-t5 = t5-t7 = t7-t9
для радиоимпульсных сигналов, излучаемых по потоку газа (фиг. 2.5), и также равны промежуткам времени
tф.м. = t1'-t3' = t3'-t5' = t5'-t7' = t7'-t9'
для радиоимпульсных сигналов, излучаемых против потока газа (фиг. 2.5). Таким образом, в моменты
времени t2, t4, t6, t8 для одного направления измерения и, соответственно, в моменты времени t2', t4', t6', t8' для
другого направления измерения скачкообразно меняется фаза излучаемых колебаний, например на 180°, а в
моменты времени t3, t5, t7 осуществляется первоначальное восстановление фазы в соответствии с фазой колебаний, имевших место начиная с момента времени t1 (t1') (фиг. 2.3, 2.4, 2.5).
Сформированные колебания радиоимпульсной формы с внутриимпульсной фазовой манипуляцией с выхода фазового манипулятора 21 подаются на вход усилителя 5 зондирующих сигналов, где усиливаются по
амплитуде и далее направляются посредством коммутатора 4 в промежуток времени t1-t9 на акустический
преобразователь 1 для излучения по потоку газа, а в промежуток времени t1'-t9' - на акустический преобразо-
4
BY 4011 C1
ватель 2 для излучения против потока газа (фиг. 2.5). Управление коммутатором 4 осуществляется сравнительно длинными импульсами (фиг. 2.6), поступающими с одного из выходов дешифратора 14 состояний.
Наряду с другими импульсами дешифратор 14 состояний формирует задержанные импульсы в моменты
времени t10 (t10') (фиг. 2.9), время действия которых устанавливается по суммарной задержке распространения четвертого периода фазоманипулированного сигнала от фазового манипулятора 21 до момента его излучения в контролируемый газ акустическими преобразователями 1 или 2 и задержке распространения четвертого периода амплитудно-модулированного сигнала от момента его приема акустическими
преобразователями 1 или 2 до начала формирования импульса селектором 7. Это позволяет устранить влияние на точность измерений суммарной дополнительной задержки сигнала в электронной схеме прибора, пьезопреобразователях, защитных мембранах и соединительных кабелях. Задержанный импульс с дешифратора
14 состояний подается на стартовый вход счетчика 8 импульсов, который с момента времени t10 (t10') начинает отсчет времени распространения ультразвука по потоку газа или против него в единицах полных периодов
Т0 колебаний опорного генератора 12.
Акустические преобразователи 1 и 2 обладают собственными резонансными свойствами и образуют
сравнительно узкополосную резонансную систему, поэтому при подаче на вход такой системы сформированного фазоманипулированного сигнала отклик последнего на выходе акустической системы не может появиться мгновенно, а появляется с запаздыванием в пределах той частотной характеристики, которой обладает эта система. В результате на выходе тракта с акустическими преобразователями 1 и 2
фазоманипулированный сигнал приобретает вид амплитудно-модулированного сигнала (фиг. 2.7) с тем существенным отличием от обычного амплитудно-модулированного сигнала, что он является четко сфазированным с несущими ультразвуковыми сигналами.
Прошедший по потоку газа ультразвуковой сигнал принимается акустическим преобразователем 2, в котором преобразуется в электрический, затем селектируется по времени прихода коммутатором 4, фильтруется и усиливается избирательным усилителем 6, при этом сигнал также имеет вид, приведенный на фиг. 2.7 с
момента времени распространения tp1 сигнала по потоку газа. Аналогично прошедший против потока газа
ультразвуковой сигнал принимается акустическим преобразователем 1, в котором преобразуется в электрический, затем селектируется по времени прихода коммутатором 4, фильтруется и усиливается избирательным усилителем 6 (см. фиг. 2.7 с момента времени распространения tp2 сигнала против потока газа). Выделенные и усиленные сигналы подаются на детектор 22, который выделяет их огибающую (фиг. 2.8). После
этого сигналы в виде огибающей фильтруются и усиливаются не меняя своего вида (фиг. 2.8) избирательным
усилителем огибающей, затем поступают на компаратор 4. Последний является фактически компаратором
нуля и формирует на своем выходе клиппированные импульсы, изменение полярности которых соответствует переходам сигнала огибающей через нуль.
По разрешающему импульсу дешифратора 14 состояний и разрешающему клиппированному импульсу,
соответствующему четвертому периоду, как наиболее накопленному и стабильному по отношению сигнал/помеха, фазоманипулированного сигнала, селектор 7 выделяет и формирует из усиленного радиоимпульсного сигнала, поступающего на его вход с выхода избирательного усилителя 6, короткий импульс
(фиг. 2.10), жестко привязанный к заданному периоду ультразвуковых несущих сигналов частотой fТ. Такая
жесткая привязка обеспечивается точным сфазированием, как упоминалось выше, периодов фазовой манипуляции с радиоимпульсными несущими колебаниями с тактовой частотой fТ, соответствующей резонансным частотам акустических преобразователей 1 и 2. Такое схемное построение позволяет точно выделять
заданный импульс из принятого ультразвукового сигнала радиоимпульсной формы практически при любых
изменениях ультразвуковых сигналов, вызванных флуктуацией турбулентных неоднородностей газовых потоков и акустическими шумами, что обеспечивает высокую точность и помехоустойчивость измерений.
По выделенному и сформированному импульсу селектор 7 прерывает в момент времени t11 (фиг. 2.11)
счет опорных импульсов счетчиком 8 импульсов. Одновременно селектор 7 запускает формирователь 18 интервальных импульсов, формирующий дополнительный временной интервал t11-t12 (t11'-t12') (фиг. 2.12) от момента прихода информационного импульса, соответствующего принятому ультразвуковому сигналу до момента поступления ближайшего импульса из непрерывной последовательности, генерируемой опорным
генератором 12, т.е. в пределах
0 < tg <
1
,
f0
где tg - дополнительный временной интервал;
f0 - частота опорного генератора.
Сформированный временной интервал tg преобразуется в преобразователе 15 временной интерваламплитуда в напряжение, уровень которого хранится на накопительной емкости преобразователя временной
интервал-амплитуда (фиг. 2.13). Для снижения требований, предъявляемых к аналого-цифровому преобразователю 16 по скорости преобразования, время хранения t12-t13 (t12'-t13') напряжения на накопительной емкости
преобразователя 15 выбрано достаточно большим (фиг. 2.13). Для этого связь накопительной емкости с аналого-цифровым преобразователем 16 осуществляется с помощью истокового повторителя, имеющего боль5
BY 4011 C1
шое входное сопротивление и также входящего в состав преобразователя 15 временной интервал-амплитуда.
В конце каждого цикла измерений предусмотрен принудительный разряд накопительной емкости, что достигается подачей кратковременного разрядного импульса в промежуток времени t13-t14 (t13'-t14') (фиг. 2.14) с
дешифратора 14 состояний на разрядную цепь преобразователя 15 временной интервал-амплитуда.
Аналого-цифровой преобразователь 16 формирует код, пропорциональный преобразованному временному интервалу, однако преобразованный временной интервал является не искомым, а дополняющим искомый
до временного интервала единичного значения дискретного счета, т.е. до величины
tи + tg =
1
,
f0
где tи - искомый временной интервал.
Поскольку период импульсов дискретного счета строго постоянен и равен диапазону преобразования
аналого-цифрового преобразователя 16, то искомое кодовое значение временного интервала равно:
К = Кm - Кn,
где К - кодовое значение искомого временного интервала;
Кm - mах кодовое значение диапазона преобразования;
Кn - текущее измеренное кодовое значение аналого-цифрового преобразователя.
Указанное преобразование осуществляется в преобразователе 17 кода, преобразующее Кn значений Кm
разрядного кода в К дополняющих значений этого же кода.
Кодовое значение временного интервала с преобразователем 17 кода поступает на входы младших разрядов регистра 9 памяти одновременно с кодовыми значениями счетчика 8, входы которого подключены к
старшим разрядам регистра 9 памяти.
После окончания записи счетчик 8 сбрасывается в нуль тактовым импульсом, поступающим с дешифратора 14 состояний, что необходимо для обеспечения готовности к следующему циклу измерений, при котором возбуждающий фазоманипулированный сигнал подается через коммутатор 4 уже на преобразователь 2
для измерения времени распространения ультразвука против потока газа.
В этом случае акустические сигналы распространяются против потока под углом α к оси трубопровода.
Акустический сигнал, прошедший измеряемый газ, преобразуется в преобразователе 1 в электрический сигнал, затем в описанной выше последовательности селектор 7 формирует на своем выходе короткий импульс.
Измерение времени распространения ультразвука с интервалом дискретности 1/f0 и преобразование дополнительного временного интервала производится в описанной выше последовательности. В этом случае в регистр 9 памяти заносится полная информация о времени распространения ультразвука против потока среды.
После занесения информации в регистр 9 памяти посредством дешифратора 14 состояний цикл измерений
повторяется.
Записанные в регистре 9 памяти значения измеренного временного интервала обрабатываются в блоке 10
вычисления разности обратных величин, реализующем функцию
Y=
1
1
−
,
X n X n −1
где Хn - текущее значение регистра памяти, соответствующее времени распространения ультразвука по потоку газа или против него.
Взятие обратных величин от измеренных временных интервалов при распространении ультразвука по потоку и против него позволяет избавиться от необходимости введения трудноопределимой поправки на квадрат скорости распространения ультразвука в потоке газа, а принятый алгоритм работы блока 10 вычисления
разности обратных величин позволяет регистрировать расход по каждому значению временного интервала,
поступившему в регистр 9 памяти.
Регистрирующее устройство 11 усредняет результаты измерений и выдает на своем выходе информацию
в соответствующих единицах скорости потока или расхода газа. Учет направления скорости потока достигается с помощью сигналов, поступающих с дешифратора 14 состояний.
Количество полных периодов фазовой манипуляции, как упоминалось выше, выбрано равным четырем,
что обеспечивает достаточно эффективное развитие информационного сигнала сравнительно в узкополосных фильтрах избирательного усилителя 6 несущих колебаний и в избирательном усилителе 23 сигнала огибающей к концу четвертого периода принятого амплитудно-модулированного сигнала. Для достижения оптимального соотношения между длительностью формируемого сигнала и его амплитудой ширина
пропускания ∆f фильтра избирательного усилителя 23 сигнала огибающей выбрана равной обратной величине длительности Тд4 четырех периодов фазовой манипуляции, где длительность равна двойному среднему
времени распространения ультразвука по потоку и против него:
∆f =
1
1
=
,
Td 4 t p1 + t p 2
где Тд4 - длительность четырех периодов фазовой манипуляции.
6
BY 4011 C1
Выделение на выходе избирательного усилителя 23 сигнала огибающей четвертого периода сигнала при
измерениях по потоку и против него позволяет определить вклад в формируемую длительность, обусловленный временем распространения ультразвука по потоку среды и против него при условии, что время формирования t3 является задержкой сигнала в электронной схеме, которое легко может быть определено
t p1 =
L
2∆l
+
+ t3 ;
c + ν cos α
c
(1)
t p2 =
L
2∆l
+
+ t 3,
c − ν cos α
c
(2)
где L - акустическая база;
∆l - средняя глубина кармана в газопроводе перед измерительным преобразователем.
Из системы (1-2) можно найти разность временных интервалов, которая пропорциональна скорости v потока газа:
∆t =
2L ν cos α
.
c − ν 2 cos 2 α
(3)
2
Для точного определения требуется внесение квадратичной поправки (с2 - ν2 cos2 α). С учетом того, что с
>> ν, а с2 значительно больше ν2, из уравнения (3) достаточно точно можно получить:
ν = ∆t
c2
c 2 − ν 2 cos α
≅ ∆t
.
2L cos α
2L cos α
(4)
Скорость ультразвука с можно определить из суммы уравнений (4):
t ∑ = t1 + t 2 =
c=
2L + 4∆l
+ 2t 3 ,
c
(5)
2L + 4∆l
.
t1 + t 2 − 2t 3
(6)
Подставляя выражение (6) в уравнение (4), окончательно получим:
2
2L + 4∆l
∆t
ν=
⋅
2L cos α t 1 + t 2 − 2t 3
2
.
(7)
Приведенное выражение (7) является уравнением помехоустойчивого газового расходомера. Высокая
стабильность и помехоустойчивость расходомера обеспечиваются комбинацией применения временной и
частотной селекции информационных ультразвуковых сигналов с проведением измерений в реальном масштабе времени.
Источники информации:
1. А.с. СССР 1295877 / И.А. Чернобай и др. Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер.
2. А.с. СССР 972223 / И.А. Чернобай и др. Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер.
3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Сов. радио, 1977.
7
BY 4011 C1
Фиг. 2
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
198 Кб
Теги
by4011, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа