Ультразвуковые методы измерения расхода жидкостей (стр. 3 )

9 - высокочастотные кабельные линии, соединенные с (1A) и (1C), а 10 - кольцо для крепления комбинированного преобразователя к устройству крепления преобразователей, устанавливаемому на откосе берега открытого русла.

В качестве примера блок-схема ультразвукового многоканального расходомера для открытого русла с применением комбинированных ультразвуковых преобразователей (1A 1C)i, реализующего предложенный способ измерения.
На одном берегу установлены комбинированные преобразователи (1A, 1C1), (1A2, 1C2), (1A3, 1C3) ... (1An, 1Cn), а на другом берегу - одинарные преобразователи (1B1), (1B2), (1B3) ... (1Bn) и (1Ai, 1Ci) и (1Bi) образуют измерительный канал горизонтальной осредненной скорости потока в i-ой глубине потока.
Комбинированные преобразователи (1Ai, 1Ci) соединены с выходом коммутатора (11), входы которого соединены с генератором импульса (13), возбуждающего преобразователя, и с усилителем-формирователем (14), предназначенным для усиления приемного сигнала преобразователей (1Ai, 1Ci) и формирующим прямоугольный импульс для управления измерителем интервала времени (15).
Коммутатор (11), в свою очередь, соединен с вычислительно-управляющим устройством (например, микропроцессором) (16), который также соединен с синхрогенератором (12) и радиоприемо-передающим устройством (17), а также с выходом измерителя интервала времени (15).
Точно таким же образом соединены между собой преобразователи (1Bi), коммутатор (11'), генератор импульса (13'), усилитель-формирователь импульса (14') и радиоприемопередающее устройство (18), только отсутствуют измеритель интервала времени (15), вычислительно-управляющее устройство (16).
Расходомер работает следующим образом.
В соответствии с заданными алгоритмом и программой и работой синхрогенератора коммутатор (11) подключается с генератором импульса (13) и комбинированные преобразователи (1Ai, 1Ci) излучают ультразвуковые импульсы в направление (1Bi). Одновременно (17) передает сигнал к (18), командующий коммутатором (11'), который соединяет (1Bi) с усилителем-формирователем импульса (14'), т. е. переключается в режим приема.
В момент подачи импульса в преобразователь (1Ai, 1Ci) начинает счет времени измеритель интервала времени (15). При достижении ультразвукового импульса преобразователя (1Bi) радиоприемопередающее устройство (18) посылает сигнал о приеме, и выходной сигнал (17) приостанавливает счет времени (15).
Таким образом заканчивается процесс измерения времени распространения (пробега) ультразвукового импульса от (1Ai 1Ci) до (1Bi), т. е. t(AB)i, tCBi). Эти значения записываются в память вычислительно-управляющего устройства (16), и (16) выдает командный сигнал через (17) и (18) к коммутатору (11'), который подключается к генератору импульса (13') (или тактовым импульсам синхронизатора 12') и производится излучение ульразвукового импульса от преобразователя (1Bi). Начало подачи импульса к преобразователю (1Bi) передается через (18), (17) - к измерителю интервала времени (15), а коммутатор (11) переключается в режим приема. Приемный сигнал комбинированного преобразователя (1Ai, 1Ci) через (14) подается к (15) и прекращается счет времени, и тем самым заканчивается измерение времени t(BC)i и t(BA)i. Эти значения записываются в (16).
Вычислительно-управляющее устройство (16), в котором заранее записаны постоянные параметры для вычисления расхода (например, ширины потока i-ой глубины, d, шаги глубины измерения горизонтальной скорости потока и т. п.), производит вычисление горизонтальный скоростей потока по рабочей формуле (17) и на их основе интеграла, т. е. расход воды.
Вышеприведенная блок-схема является одним из примеров и не является предметом патентования сама блок-схема электронной части.
На фиг. 6 обозначена (19) платформа для крепления преобразователей (1Ai, 1Ci) и (1Bi). Формула изобретения: 1. Способ измерения с помощью ультразвука расхода потока в открытом русле, заключающийся в том, что измеряют горизонтальные скорости потока на различных i-ых глубинах с помощью ультразвуковых преобразователей, установленных на обоих откосах берегов русла, а затем вычисляют расход потока, отличающийся тем, что на i-ой глубине устанавливают первый (1А) и второй (1В) преобразователи под определенным углом ϕ по отношению к направлению потока для определения средней скорости потока, измеряют расстояние Li между первым (1А) преобразователем и вторым (1В) преобразователем путем измерения разности времен прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и против потока, при этом на i-ой глубине устанавливают еще один (1С) ультразвуковой преобразователь на расстоянии l от первого (1А) ультразвукового преобразователя, одновременно измеряют время tAB прохождения ультразвукового импульса, излучаемого первым (1А) преобразователем, до второго (1В) преобразователя, время tCB прохождения ультразвукового импульса, излучаемого еще одним (1С) ультразвуковым преобразователем, до второго (1В) преобразователя, время tBC прохождения ультразвукового импульса, излучаемого вторым (1В) преобразователем, до еще одного (1С) преобразователя и время tBA прохождения ультразвукового импульса, излучаемого вторым (1В) преобразователем, до первого (1А) преобразователя, а затем вычисляют горизонтальную скорость потока на i-ой глубине по формуле

где
d = Li cosϕ,
l - расстояние между первым (1A) преобразователем и дополнительным (1С) преобразователем.
2. Способ измерения расхода по п. 1, отличающийся тем, что используют одинарные (1A) и (1В) ультразвуковые преобразователи и один комбинированный преобразователь, поочередно устанавливая комбинированный преобразователь в точках установки одинарного (1A) преобразователя, а расстояния Li вычисляют по формуле

или

3. Устройство для ультразвукового измерения расхода потока, содержащее несколько пар ультразвуковых преобразователей, установленных на откосах берегов русла на различных глубинах, генератор импульса, приемный усилитель, формирователь импульса, измеритель интервала времени, коммутатор и вычислительно-управляющее устройство, отличающееся тем, что ультразвуковые преобразователи, устанавливаемые на откосе одного берега, выполнены в виде одинарных (1В) преобразователей, ультразвуковые преобразователи, устанавливаемые на откосе другого берега, выполнены в единой комбинированной конструкции, состоящей из ультразвуковых преобразователей (1А) и (1С), причем ультразвуковой преобразователь (1А) выполнен в виде полого цилиндра, в полости которого закреплена одним концом трубка, на другом конце которой на расстоянии l закреплен ультразвуковой преобразователь (1С), выполненный в виде цилиндра с наружным диаметром, меньшим диаметра полости полого цилиндра первого ультразвукового преобразователя, причем расстояние l определяется выражением
l > 2ΔtCmaxδ0L,
где Δt - абсолютная погрешность измерения времени пробега импульса измерителем интервала времени;
Сmax - ожидаемая максимальная скорость ультразвука в воде;
δ°L - допустимая относительная погрешность измерения l, определяемая допустимой погрешностью измерения скорости потока.

Список использованной литературы

1.  , Соловский состояние исследований и разработок тахометрических расходомеров // Приборы и системы управления. — 1972. — № 9. — C. 44-48.

2.  Кремлевский и счетчики количества. — Л.: Машиностроение, 1989. — 701 с.

3.  Бошняк при теплотехнических исследованиях. — Л.: Машиностроение, 1974. — 448 с.

4.  , Бызов расходомеры. — Л.: Машиностроение, 1968. — 212 с.

5.  Преображенский измерения и приборы:Уч. пособие для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». — 3-е изд., перераб. — М.: Энергия, 1978. — 704 с.

6.  , Лившиц и расходомеры жидкости с овальными шестернями. — М.: Машиностроение, 1983. — 144 с.

7.  , , Цабкевич счетчики. — М.: Машиностроение, 1968. — 144 с.

8.  , , Мануков жидкости. — М.: Изд-во стандартов, 1980. — 152 с.

9.  , Лифшиц преобразователи систем измерения расхода и количества жидкостей. — М.: Энергия, 1980. — 80 с.