[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2284015C2 - Method and device for measuring flux discharge - Google Patents

Method and device for measuring flux discharge Download PDF

Info

Publication number
RU2284015C2
RU2284015C2 RU2004109828/28A RU2004109828A RU2284015C2 RU 2284015 C2 RU2284015 C2 RU 2284015C2 RU 2004109828/28 A RU2004109828/28 A RU 2004109828/28A RU 2004109828 A RU2004109828 A RU 2004109828A RU 2284015 C2 RU2284015 C2 RU 2284015C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
working mode
time interval
pipeline
flow
Prior art date
Application number
RU2004109828/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004109828A (en
Inventor
Лев Александрович Пучков (RU)
Лев Александрович Пучков
Семен Захарович Шкундин (RU)
Семен Захарович Шкундин
нов Сергей Игоревич Бу (RU)
Сергей Игоревич Буянов
Original Assignee
Московский государственный горный университет (МГГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский государственный горный университет (МГГУ) filed Critical Московский государственный горный университет (МГГУ)
Priority to RU2004109828/28A priority Critical patent/RU2284015C2/en
Publication of RU2004109828A publication Critical patent/RU2004109828A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2284015C2 publication Critical patent/RU2284015C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement engineering.
SUBSTANCE: acoustic oscillations are received and radiated in turn along and against motion of flux in pipeline by means of two piezoelectric ceramic converters. Acoustic oscillations working mode signal is determined in received signal from s/n maximal ratio and working mode signal time interval is chosen to have maximal s/n ratio. Inside chosen time interval the times T1 and T2, corresponding to phase shifts, of working mode signal propagation from one converter to the other are measured inside chosen time interval. Flux discharge is found on the base of measured values from calculation estimation ration. Device which realizes the method is provided with system for tracking the position of gate pulse relatively controlled phase of working mode received signal inside selected time interval, which phase is connected to strobe former, and computational unit.
EFFECT: improved precision; higher sensitivity due to selection and processing of more informative signal.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов сред, движущихся в трубопроводах, например, в горной промышленности, в медицине, а также в полупроводниковой промышленности.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the flow rate of media moving in pipelines, for example, in the mining industry, in medicine, as well as in the semiconductor industry.

Известен способ измерения скорости газовоздушного потока в горных выработках, заключающийся в излучении акустических колебаний по и против газовоздушного потока пьезокерамическим акустическим преобразователем, приеме акустических колебаний посредством двух других преобразователей, установленных на одинаковом расстоянии от излучающего преобразователя, с последующим измерением разности фаз между принятыми сигналами с помощью фазометра, по которой определяют скорость потока [1].A known method of measuring the velocity of the gas-air flow in mine workings, which consists in emitting acoustic vibrations in and out of the gas-air flow by a piezoceramic acoustic transducer, receiving acoustic vibrations by means of two other transducers installed at the same distance from the radiating transducer, with subsequent measurement of the phase difference between the received signals using phase meter, which determine the flow rate [1].

Недостатками этого способа являются наличие трех пьезокерамических преобразователей, увеличивающих размеры датчика, погрешности измерения, так как информативный сигнал содержит составляющие, зависящие от скорости звука при непрерывном излучении акустических колебаний.The disadvantages of this method are the presence of three piezoelectric transducers that increase the size of the sensor, the measurement error, since the informative signal contains components that depend on the speed of sound during continuous emission of acoustic vibrations.

Известен способ измерения скорости газовоздушного потока, заключающийся в излучении и приеме акустических колебаний посредством двух пьезокерамических преобразователей по и против потока, измерении времен распространения волн от одного преобразователя к другому по первому вступлению принимаемой волны с последующим вычислением по этим данным расхода, причем преобразователи располагают под углом [2].A known method of measuring the velocity of the gas-air flow, which consists in the emission and reception of acoustic vibrations by means of two piezoelectric transducers in and out of the flow, measuring the propagation times of waves from one transducer to another according to the first arrival of the received wave, followed by calculation of flow rate from these data, the transducers being angled [2].

Недостатками данного способа являются низкая чувствительность, т.к. канал прозвучивается под углом к измеряемому потоку, высокая погрешность измерения скоростей (расходов), поскольку измерение осуществляют по первому вступлению сигнала, передний фронт которого является нестабильным, и наличие мертвых зон в измеряемом потоке около преобразователей.The disadvantages of this method are the low sensitivity, because the channel is sounded at an angle to the measured flow, a high error in the measurement of velocities (flow rates), since the measurement is carried out on the first arrival of a signal whose leading edge is unstable, and the presence of dead zones in the measured flow near the transducers.

Известен способ измерения расхода потока в трубопроводе, основанный на времяимпульсном методе измерения и включающий поочередное излучение и прием акустических колебаний по и против движения потока посредством двух пьезокерамических преобразователей с последующим измерением времен прохождения этих колебаний от одного преобразователя до другого, по которым определяют расход [3].A known method of measuring the flow rate in the pipeline, based on the time-pulse measurement method and including alternating radiation and receiving acoustic vibrations in and against the flow through two piezoceramic transducers, followed by measuring the transit times of these vibrations from one transducer to another, which determine the flow [3] .

Устройство для осуществления этого способа содержит два пьезокерамических преобразователя, расположенных в трубопроводе на заданном расстоянии относительно друг друга, формирователь возбуждающих импульсов и последовательно соединенные усилитель с компаратором, подключенные через коммутатор, управляемый блоком переключения направления излучения акустических колебаний, соответственно к излучающим и приемным преобразователям, формирователь строба, подключенный ко входу счетчика импульсов, и вычислительный блок [3]. Это техническое решение взято нами в качестве прототипа.A device for implementing this method comprises two piezoceramic transducers located at a predetermined distance relative to each other in the pipeline, a driver of exciting pulses and a serially connected amplifier with a comparator connected through a switch controlled by a unit for switching the direction of emission of acoustic vibrations, respectively, to the transmitting and receiving transducers, the shaper a strobe connected to the input of the pulse counter, and a computing unit [3]. This technical solution was taken by us as a prototype.

Недостатком прототипа при измерении скорости (расхода) газовоздушного потока является низкая точность измерения, поскольку нестабилен информативный импульс первого вступления, особенно в газовоздушной среде.The disadvantage of the prototype when measuring the speed (flow rate) of the gas flow is the low accuracy of the measurement, since the informative impulse of the first entry is unstable, especially in a gas-air environment.

Задачей изобретения является повышение точности и чувствительности измерения расхода потока за счет выбора и обработки более информативного сигнала.The objective of the invention is to increase the accuracy and sensitivity of flow measurement by selecting and processing a more informative signal.

Это достигается тем, что в способе измерения расхода потока, включающем поочередное излучение и прием акустических колебаний по и против движения потока в трубопроводе посредством двух пьезокерамических преобразователей, в принятом сигнале по максимальному отношению сигнал/шум определяют сигнал рабочей моды акустических колебаний и выбирают временной интервал сигнала рабочей моды с максимальным отношением сигнал/шум, затем в выбранном временном интервале измеряют соответствующие фазовым сдвигам времена T1 и Т2 распространения сигналов рабочей моды от одного преобразователя до другого по и против потока, после чего определяют расход потока из выражения:This is achieved by the fact that in the method of measuring the flow rate, which includes alternating emission and reception of acoustic vibrations in and against the flow in the pipeline using two piezoelectric transducers, in the received signal, the signal of the working mode of acoustic vibrations is determined from the maximum signal-to-noise ratio and the signal time interval is selected operating mode with the maximum signal to noise ratio, then, in the selected time interval, the signal propagation times T 1 and T 2 are measured the working mode from one transducer to another in and against the flow, and then determine the flow rate from the expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где L - заданное расстояние между пьезокерамическими преобразователями, [м];where L is the specified distance between the piezoelectric transducers, [m];

T1, T2 - время распространения сигнала от одного преобразователя до другого по и против потока, [с];T 1 , T 2 - propagation time of a signal from one converter to another along and against the flow, [s];

К - коэффициент пропорциональности между скоростью звука и скоростью распространения сигнала рабочей моды в среде, равный 1-4;K is the coefficient of proportionality between the speed of sound and the propagation velocity of the signal of the working mode in the medium, equal to 1-4;

S - площадь трубопровода в поперечном его сечении, [м2].S is the area of the pipeline in its cross section, [m 2 ].

Поставленная задача достигнута также тем, что устройство для измерения расхода потока, содержащее два пьезокерамических преобразователя, расположенных в трубопроводе на заданном расстоянии относительно друг друга, формирователь возбуждающих импульсов и последовательно соединенные усилитель с компаратором, подключенные через коммутатор, управляемый блоком переключения направления излучения акустических колебаний, соответственно к излучающим и приемным преобразователям, формирователь строба, подключенный ко входу счетчика импульсов, и вычислительный блок, снабжено системой слежения за положением стробирующего импульса относительно контролируемой фазы принятого сигнала рабочей моды в выбранном временном интервале, подключенной к формирователю строба. При этом система слежения за положением стробирующего импульса состоит из двух последовательно соединенных сумматоров, два входа одного из них подключены к выходу счетчика и ячейке памяти опорного значения фазы, а третий вход - к выходу компаратора, при этом входы другого сумматора подключены к ячейкам памяти с заданными временами задержки запуска строба в обоих направлениях измерения Т01, Т02 и блоку переключения направления излучения, а выход сумматора подключен к формирователю строба, другой вход которого соединен с выходом компаратора.The objective is also achieved by the fact that the device for measuring the flow rate, containing two piezoelectric transducers located in the pipeline at a predetermined distance relative to each other, a driver of exciting pulses and series-connected amplifier with a comparator connected through a switch controlled by a unit for switching the direction of emission of acoustic vibrations, respectively, to the emitting and receiving converters, a gate driver connected to the input of the pulse counter owl, and the computing unit is equipped with a tracking system for the position of the gating pulse relative to the controlled phase of the received signal of the working mode in the selected time interval connected to the gate former. In this case, the tracking system for the position of the strobe pulse consists of two series-connected adders, two inputs of one of them are connected to the output of the counter and the memory cell of the reference phase value, and the third input is connected to the output of the comparator, while the inputs of the other adder are connected to memory cells with preset strobe startup delay times in both directions of measurement T 0 1 T 0 2 and block switching direction of the radiation, and the adder output is connected to the strobe shaper, the other input of which is connected to the output comparo ora.

На фиг.1 представлена блок-схема предложенного устройства.Figure 1 presents a block diagram of the proposed device.

На фиг.2 изображены временные диаграммы сигналов в ключевых узлах схемы.Figure 2 shows the timing diagrams of the signals in the key nodes of the circuit.

Способ измерения расхода потока заключается в следующем. Возбуждающие импульсы подают поочередно на пьезокерамические преобразователи, которые создают в трубопроводе акустические колебания, подверженные модовому распределению и имеющие одну или несколько мод. Теория такого распространения описана в монографии [4]. Количество мод зависит от скорости звука в измеряемом потоке, диаметра трубопровода и частоты возбуждаемого сигнала. Выбор сигнала рабочей моды колебаний осуществляют исходя из условия минимального наложения на него как сигналов других мод, так и отраженных сигналов, по максимальному отношению сигнал/шум, поэтому этот сигнал является более информативным. Данное условие обеспечивают за счет генерирования пачек импульсов заданной продолжительности и частоты при определенном диаметре трубопровода и заданном расстоянии между пьезокерамическими преобразователями, причем все перечисленные параметры определяют расчетным путем. Величину периода подачи возбуждающих импульсов Тп выбирают из условия, чтобы она была не меньше, чем время распространения информативного сигнала от излучателя к приемнику. Затем определяют временной интервал с максимальным отношением сигнал/шум в сигнале рабочей моды акустических колебаний в трубопроводе и измеряют фазовые сдвиги сигналов, распространяющихся по и против потока и находящихся в указанном временном интервале относительно начала излучения возбуждающих их импульсов, и соответствующие фазовым сдвигам времена T1 и T2 распространения сигналов рабочей моды от одного преобразователя до другого по и против потока, после чего определяют расход потока из выражения (1).A method of measuring flow rate is as follows. Excitation pulses are fed alternately to piezoceramic transducers, which create acoustic vibrations in the pipeline that are subject to mode distribution and have one or more modes. The theory of this distribution is described in the monograph [4]. The number of modes depends on the speed of sound in the measured flow, the diameter of the pipeline and the frequency of the excited signal. The choice of the signal of the working mode of oscillations is carried out on the basis of the condition of minimal overlap of both signals of other modes and reflected signals, according to the maximum signal to noise ratio, therefore this signal is more informative. This condition is ensured by generating bursts of pulses of a given duration and frequency at a certain diameter of the pipeline and a given distance between the piezoelectric transducers, and all these parameters are determined by calculation. The value of the period of supply of exciting pulses T p is chosen from the condition that it is not less than the propagation time of the informative signal from the emitter to the receiver. Then, the time interval with the maximum signal-to-noise ratio in the working mode signal of acoustic vibrations in the pipeline is determined, and the phase shifts of signals propagating along and against the flow and located in the indicated time interval relative to the start of radiation of the pulses exciting them, and the times T 1 and T 2 propagation of the signals of the working mode from one transducer to another in and against the flow, after which the flow rate is determined from the expression (1).

Описываемое устройство для измерения расхода потока состоит из двух пьезокерамических преобразователей 1, 2, расположенных на заданном расстоянии относительно друг друга в трубопроводе 3, формирователя возбуждающих импульсов 4 и последовательно соединенных усилителя 5 и компаратора 6 с источником опорного напряжения 7, коммутатора 8, управляемого блоком переключения направления излучения 9, поочередно подключающего формирователь возбуждающих импульсов 4 и усилитель 5 к соответствующим излучающему и приемному преобразователям, счетчика 10 с генератором ВЧ 11, формирователя строба 12, подключенного ко входу "сброс" счетчика 10, а также системы слежения за положением стробирующего импульса относительно контролируемой фазы приемного сигнала в заданном временном интервале, и вычислительного блока. Система слежения за положением стробирующего импульса состоит из двух последовательно соединенных сумматоров 13 и 14, причем два входа сумматора 13 подключены к выходу счетчика 10 и ячейке памяти опорного значения фазы 15, а третий вход - к выходу компаратора 6, при этом входы сумматора 14 подключены к ячейкам памяти 16, 17 с заданными временами задержки Т01, Т02, необходимыми для запуска формирователя строба 12 в обоих тактах (излучение-прием), и к блоку переключения направления излучения 9, а выход сумматора 14 подключен к формирователю строба 12, другой вход которого соединен с выходом компаратора 6. Вычислительный блок состоит из сумматора 18, управляемого сигналом с компаратора 6 и подключенного к выходам счетчика 10 и сумматора 14, при этом выход сумматора 18 подключен через ячейки памяти 19, 20, управляемые блоком переключения направления излучения 9, к блоку расчета расхода потока 21.The described device for measuring the flow rate consists of two piezoelectric transducers 1, 2 located at a predetermined distance relative to each other in the pipeline 3, a driver of exciting pulses 4 and series-connected amplifier 5 and comparator 6 with a reference voltage source 7, switch 8, controlled by a switching unit direction of radiation 9, alternately connecting the shaper of the exciting pulses 4 and the amplifier 5 to the corresponding emitting and receiving converters of the counter 10 with a high-frequency generator 11, a gate shaper 12 connected to the reset input of the counter 10, as well as a tracking system for the position of the gate pulse relative to the controlled phase of the receiving signal in a given time interval, and the computing unit. The gate pulse position tracking system consists of two series-connected adders 13 and 14, with two inputs of the adder 13 connected to the output of the counter 10 and the memory cell of the reference value of phase 15, and the third input to the output of the comparator 6, while the inputs of the adder 14 are connected to memory cells 16, 17 with predetermined delay times T 0 1 , T 0 2 necessary to start the gate former 12 in both clock cycles (radiation-reception), and to the radiation direction switching unit 9, and the output of the adder 14 is connected to the gate former other the input of which is connected to the output of the comparator 6. The computing unit consists of an adder 18, controlled by a signal from the comparator 6 and connected to the outputs of the counter 10 and the adder 14, while the output of the adder 18 is connected through memory cells 19, 20, controlled by the radiation direction switching unit 9 to the flow rate calculation block 21.

В качестве формирователя возбуждающих импульсов 4 используют, например, источник пачек прямоугольных импульсов с заданной частотой и длительностью. Коммутатор представляет собой мультиплексор аналоговых сигналов с цифровым входом. Усилитель, предназначенный для усиления сигнала и фильтрации шумов, представляет собой полосовой усилитель, полоса пропускания которого настроена на частоту излучаемого пьезокерамическим преобразователем сигнала. Система слежения за положением стробирующего импульса, вычислительный блок, формирователь строба и блок переключения направления излучения могут быть реализованы на базе однокристальной ЭВМ.As a driver of exciting pulses 4, for example, a source of packs of rectangular pulses with a given frequency and duration is used. The switch is an analog signal multiplexer with digital input. The amplifier, designed to amplify the signal and filter noise, is a band amplifier, the passband of which is tuned to the frequency of the signal emitted by the piezoceramic transducer. The tracking system for the position of the strobe pulse, the computing unit, the gate driver and the radiation direction switching unit can be implemented on the basis of a single-chip computer.

Остальные элементы общеизвестны и не имеют особенностей. Устройство работает следующим образом. Формирователь возбуждающих сигналов 4 поочередно подключают через коммутатор 8, управляемый переключателем направления излучения 9 к пьезокерамическим преобразователям 1, 2, которые в трубопроводе 3 возбуждают акустические колебания, включающие одну или несколько мод колебаний (фиг.2, а, б). При возбуждающем импульсе, например, с частотой следования равной 30 кГц, и количеством импульсов в пачке, равным 7, диаметре трубопровода, равным 28 мм, заданном расстоянии между преобразователями, равным 64 мм, и скорости звука, равной 343 м/с, в трубопроводе распространяются три моды: нулевая, первая и вторая. В данном случае нулевая и первая мода находятся в начале принятого сигнала и имеют малую амплитуду по сравнению со второй модой, имеющей максимальное значение. Наложение нулевой и первой мод колебаний, а также и отраженных сигналов на вторую моду происходит на краях второй моды, что делает ее более информативной, в связи с чем она и принята за сигнал рабочей моды. Сигналы с приемных преобразователей 1, 2 (фиг.2, а, б) подают через коммутатор 8 на усилитель 5, а затем на компаратор 6 (фиг.2, в1). Сигнал с выхода компаратора 6 представлен на фиг.2, г. Временной интервал с максимальным отношением сигнал/шум в сигнале рабочей моды определяют (фиг.2, в1, зона А) путем, например, сопоставления времени прихода распространяющихся мод на приемный преобразователь. На фиг.2, в2 изображены сигнал второй моды в зоне А в увеличенном масштабе и опорное напряжение Uоп, подаваемое на компаратор 6. После приема излученного сигнала принимающим преобразователем измеряют фазовый сдвиг принятого сигнала (по и против потока) относительно начала излучения возбуждающих их импульсов. В прогнозируемое время появления информативного сигнала формирователь строба 12 вырабатывает импульс-строб, поступающий на вход "сброс" счетчика 10, и разрешает счет ВЧ-импульсов с генератора 11 (фиг.2, д, точка 1 и 2е). Сигнал с компаратора 6 (фиг.2, г точка 2) поступает на вход разрешения счета счетчика 10, завершая подсчет ВЧ-импульсов (фиг.2, е) и одновременно передает информацию формирователю строба 12 об окончании импульса-строба и разрешает передачу счетчиком 10 данных в сумматоры 13 и 18. После чего накопленное в счетчике 10 определенное количество импульсов поступает в сумматор 13, в котором эти данные сравниваются с заданным опорным количеством ВЧ-импульсов в ячейке 15, соответствующим четверти периода колебаний несущей частоты. В результате этого сравнения получают количество импульсов, соответствующее фазовому сдвигу сигнала рабочей моды - Δt1 или Δt2, которое с сумматора 13 поступает в сумматор 14, где он складывается с заданным количеством импульсов Т01 и Т02, хранящихся в ячейках памяти 16 и 17, необходимых для запуска формирователя строба, корректируя время начала счета ВЧ-импульсов счетчиком 10. Подключением этих ячеек к сумматору 14 управляет блок переключения направления излучения 9. В сумматоре 18 осуществляют сложение данных со счетчика 10 и сумматора 14, в результате чего получают величины, пропорциональные времени распространения измеряемого сигнала от одного преобразователя к другому - T1 и Т2 (по потоку и против), измеренные относительно начала возбуждающих импульсов и сохраняющиеся в ячейках памяти 19, 20.The remaining elements are well known and have no features. The device operates as follows. The driver of the exciting signals 4 is alternately connected through a switch 8, controlled by the switch of the direction of radiation 9 to the piezoceramic transducers 1, 2, which in the pipe 3 excite acoustic vibrations, including one or more vibration modes (Fig. 2, a, b). With an exciting pulse, for example, with a pulse repetition rate of 30 kHz, and the number of pulses in a packet equal to 7, the diameter of the pipeline equal to 28 mm, the specified distance between the transducers equal to 64 mm, and the speed of sound equal to 343 m / s in the pipeline Three modes are distributed: zero, first and second. In this case, the zero and first modes are at the beginning of the received signal and have a small amplitude compared to the second mode, which has a maximum value. The superimposition of the zero and first modes of oscillations, as well as the reflected signals on the second mode, occurs at the edges of the second mode, which makes it more informative, and therefore it is taken as a signal of the working mode. The signals from the receiving converters 1, 2 (Fig.2, a, b) are fed through the switch 8 to the amplifier 5, and then to the comparator 6 (Fig.2, b1). The signal from the output of the comparator 6 is shown in FIG. 2, d. The time interval with the maximum signal to noise ratio in the working mode signal is determined (FIG. 2, B1, zone A) by, for example, comparing the arrival time of propagating modes at the receiving transducer. Figure 2, B2 shows the signal of the second mode in zone A on an enlarged scale and the reference voltage U op supplied to the comparator 6. After receiving the emitted signal by the receiving transducer, the phase shift of the received signal (in and against the flow) relative to the beginning of the radiation of the pulses exciting them is measured . At the predicted time of occurrence of the informative signal, the gate driver 12 generates a pulse-strobe supplied to the input "reset" of the counter 10, and allows the counting of RF pulses from the generator 11 (Fig. 2, e, point 1 and 2e). The signal from the comparator 6 (FIG. 2, d point 2) is fed to the counter resolution input of the counter 10, completing the counting of the RF pulses (FIG. 2, e) and simultaneously transmits information to the gate driver 12 about the end of the pulse-strobe and allows transmission by the counter 10 data to the adders 13 and 18. After that, a certain number of pulses accumulated in the counter 10 enters the adder 13, in which these data are compared with a given reference number of RF pulses in the cell 15, corresponding to a quarter of the carrier frequency oscillation period. As a result of this comparison, the number of pulses corresponding to the phase shift of the working mode signal is obtained - Δt 1 or Δt 2 , which from the adder 13 enters the adder 14, where it is added to a given number of pulses T 0 1 and T 0 2 stored in memory cells 16 and 17, necessary to start the gate driver, adjusting the start time of the counting of the RF pulses by the counter 10. Connecting these cells to the adder 14 is controlled by the radiation direction switching unit 9. In the adder 18, the data from the counter 10 and the adder 14 are added to the cut tate thereby producing values proportional to the propagation time measurement signal from one transducer to the other - T 1 and T 2 (downstream and upstream) measured with respect to the excitation pulses and stored in memory cells 19, 20.

При увеличении скорости потока в трубопроводе в случае измерения по потоку сигнал рабочей моды сдвигается по фазе в сторону уменьшения времени распространения этого сигнала, что приводит к уменьшению количества посчитанных счетчиком 10 ВЧ-импульсов. При сравнении накопленного в сумматоре 13 количества импульсов с опорным количеством импульсов, находящихся в ячейке памяти 15, выявляется разница, пропорциональная времени сдвига фазы измеряемого сигнала относительно результата предыдущего измерения фазы. Эта разница складывается в сумматоре 14 с количеством импульсов, пропорциональным времени запуска стробирующего импульса предыдущего измерения, величина которого сохранена в ячейке памяти 16 (при измерении по потоку), и результат, уменьшающий время запуска строба, записывается в эту же память 16 и передается на формирователь строба 12, в результате чего стробирующий импульс автоматически удерживается на заданном временном расстоянии относительно контролируемой фазы на приемном сигнале. Положение строба, разделяющее рабочее временное окно на две части, для возможности наилучшей регистрации приращения скорости (больше, меньше) определяется соотношением максимального значения этих приращений и знаком производной их изменений.With an increase in the flow velocity in the pipeline, in the case of flow measurement, the working mode signal shifts in phase to decrease the propagation time of this signal, which leads to a decrease in the number of 10 RF pulses counted by the counter. When comparing the number of pulses accumulated in the adder 13 with the reference number of pulses located in the memory cell 15, a difference is revealed proportional to the phase shift time of the measured signal relative to the result of the previous phase measurement. This difference is added up in the adder 14 with the number of pulses proportional to the start time of the strobe pulse of the previous measurement, the value of which is stored in the memory cell 16 (when measured by the flow), and the result, reducing the strobe start time, is written to the same memory 16 and transmitted to the shaper gate 12, as a result of which the strobe pulse is automatically held at a predetermined time distance relative to the phase being monitored at the receiving signal. The position of the strobe, dividing the working time window into two parts, for the best registration of the speed increment (more, less) is determined by the ratio of the maximum value of these increments and the sign of the derivative of their changes.

При измерении этой скорости против потока сигнал рабочей моды сдвинется в противоположном направлении, что вызывает увеличение количества импульсов счетчика 10 по сравнению с опорным количеством импульсов в ячейке 15 и приводит к увеличению времени начала запуска стробирующего импульса. Значения, пропорциональные этому времени, сохраняются в ячейке памяти 17 для измерения против потока.When measuring this speed against the flow, the working mode signal shifts in the opposite direction, which causes an increase in the number of pulses of the counter 10 compared to the reference number of pulses in the cell 15 and leads to an increase in the start time of the start of the strobe pulse. Values proportional to this time are stored in memory 17 for upstream measurement.

По измеренным значениям T1 и Т2, заданному расстоянию L и диаметру трубопровода определяют расход потока из выражения (1).From the measured values of T 1 and T 2 , a given distance L and the diameter of the pipeline determine the flow rate from the expression (1).

По результатам испытаний устройства в НПО "ВНИИМ им. Менделеева" абсолютная погрешность измерения составляет ΔU=±0.01+0.01·U [м/с], а чувствительность - ±0,005 [м/с].According to the test results of the device at NPO VNIIM named after Mendeleev, the absolute measurement error is ΔU = ± 0.01 + 0.01 · U [m / s], and the sensitivity is ± 0.005 [m / s].

Источники информацииInformation sources

1. А.с. №1682590 по кл. E 21 F 5/00 от 10.03.83 на "Способ измерения газовоздушного потока", Б.И. №37 от 07.10.911. A.S. No. 1682590 by class E 21 F 5/00 dated 03/10/83 to “Method for measuring the air-gas flow”, B.I. No 37 on 10/07/91

2. Annals of Biomedical Engineering vol.12, p.263-280, 1984, USA. "A pulsed phase measurement ultrasonic flowmeter for medical cases".2. Annals of Biomedical Engineering vol. 12, p. 263-280, 1984, USA. "A pulsed phase measurement ultrasonic flowmeter for medical cases."

3. Патент РФ №2160887 по кл. 7 G 01 F 1/66 от 23.06.99 на "Ультразвуковой расходомер" Б.И. №35 от 20.12.2000 (прототип).3. RF patent No. 2160887 by class. 7 G 01 F 1/66 dated 06/23/99 on the "Ultrasonic flow meter" B.I. No. 35 dated 12/20/2000 (prototype).

4. Монография, Москва, 2001, изд. АГН, Шкундин С.З., Кремлева О.А., Румянцева В.А., "Теория акустической анемометрии".4. Monograph, Moscow, 2001, ed. AGN, Shkundin SZ, Kremleva OA, Rumyantseva VA, "Theory of Acoustic Anemometry".

Claims (3)

1. Способ измерения расхода потока, включающий поочередное излучение и прием акустических колебаний по и против движения потока в трубопроводе посредством двух пьезокерамических преобразователей, отличающийся тем, что в принятом сигнале по максимальному отношению сигнал/шум определяют сигнал рабочей моды акустических колебаний и выбирают временной интервал сигнала рабочей моды с максимальным отношением сигнал/шум, затем в выбранном временном интервале измеряют соответствующие фазовым сдвигам времена T1 и Т2 распространения сигналов рабочей моды от одного преобразователя до другого по и против потока, после чего определяют расход потока из выражения1. The method of measuring the flow rate, including alternating radiation and receiving acoustic vibrations in and against the flow in the pipeline using two piezoelectric transducers, characterized in that in the received signal the maximum signal-to-noise ratio determines the signal of the working mode of acoustic vibrations and selects the signal time interval working mode with a maximum signal / noise ratio, then the selected time interval corresponding to the phase shifts measured times T 1 and T 2 signal propagation working mode from one transducer to the other of the upstream and then determine the flow rate from the expression
Figure 00000003
Figure 00000003
где L - заданное расстояние между пьезокерамическими преобразователями, м;where L is the specified distance between the piezoelectric transducers, m; Т1, T2 - время распространения сигнала от одного преобразователя до другого по и против потока, с;T 1 , T 2 - signal propagation time from one transducer to another along and against the flow, s; К - коэффициент пропорциональности между скоростью звука и скоростью распространения рабочей моды в среде, равный 1-4;K is the coefficient of proportionality between the speed of sound and the speed of propagation of the working mode in the medium, equal to 1-4; S - площадь трубопровода в поперечном его сечении, м2;S is the area of the pipeline in its cross section, m 2 ;
2. Устройство для измерения расхода потока, содержащее два пьезокерамических преобразователя, расположенных в трубопроводе на заданном расстоянии относительно друг друга, формирователь возбуждающих импульсов и последовательно соединенные усилитель с компаратором, подключенные через коммутатор, управляемый блоком переключения направления излучения акустических колебаний, соответственно к излучающим и приемным преобразователям, формирователь строба, подключенный ко входу счетчика импульсов, и вычислительный блок, отличающееся тем, что оно снабжено системой слежения за положением стробирующего импульса относительно контролируемой фазы принятого сигнала рабочей моды в выбранном временном интервале, подключенной к формирователю строба.2. A device for measuring the flow rate, containing two piezoelectric transducers located in the pipeline at a predetermined distance relative to each other, a driver of exciting pulses and series-connected amplifier with a comparator connected through a switch controlled by a unit for switching the direction of emission of acoustic vibrations, respectively, emitting and receiving converters, a gate driver connected to the input of the pulse counter, and a computing unit, characterized in that it is equipped with a tracking system for the position of the strobe pulse relative to the controlled phase of the received signal of the working mode in a selected time interval connected to the gate former. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что система слежения за положением стробирующего импульса состоит из двух последовательно соединенных сумматоров, два входа одного из них подключены к выходу счетчика и ячейке памяти опорного значения фазы, а третий вход - к выходу компаратора, при этом входы другого сумматора подключены к ячейкам памяти с заданными временами задержки запуска строба в обоих направлениях измерения T01, T02 и блоку переключения направления излучения, а выход сумматора подключен к формирователю строба, другой вход которого соединен с выходом компаратора.3. The device according to claim 2, characterized in that the tracking system for the position of the gate pulse consists of two series-connected adders, two inputs of one of them are connected to the output of the counter and the memory cell of the reference phase value, and the third input to the output of the comparator, when the inputs of the other adder are connected to the memory cells with the specified delay times of the start of the strobe in both directions of measurement T 0 1 , T 0 2 and the switching unit of the radiation direction, and the output of the adder is connected to the gate former, the other input of which oh connected to the output of the comparator.
RU2004109828/28A 2004-04-01 2004-04-01 Method and device for measuring flux discharge RU2284015C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004109828/28A RU2284015C2 (en) 2004-04-01 2004-04-01 Method and device for measuring flux discharge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004109828/28A RU2284015C2 (en) 2004-04-01 2004-04-01 Method and device for measuring flux discharge

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004109828A RU2004109828A (en) 2005-09-20
RU2284015C2 true RU2284015C2 (en) 2006-09-20

Family

ID=35848807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004109828/28A RU2284015C2 (en) 2004-04-01 2004-04-01 Method and device for measuring flux discharge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2284015C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2535638C2 (en) * 2009-05-20 2014-12-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. System, method and installation for measurement of multi-phase flow
RU175145U1 (en) * 2017-09-05 2017-11-27 Сергей Александрович Мосиенко ACOUSTIC ANEMOMETER
RU2799038C1 (en) * 2023-02-13 2023-07-03 Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" Method for measuring liquid flow

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489685C2 (en) * 2011-09-30 2013-08-10 Сергей Владимирович Шумилин Method to measure flow of multi-phase liquid

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2535638C2 (en) * 2009-05-20 2014-12-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. System, method and installation for measurement of multi-phase flow
RU175145U1 (en) * 2017-09-05 2017-11-27 Сергей Александрович Мосиенко ACOUSTIC ANEMOMETER
RU2799038C1 (en) * 2023-02-13 2023-07-03 Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" Method for measuring liquid flow

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004109828A (en) 2005-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11333676B2 (en) Beam shaping acoustic signal travel time flow meter
JP6682500B2 (en) Signal transit time difference type flow meter
US7069793B2 (en) Ultrasonic flow meter and ultrasonic sensor
EP3495783B1 (en) Ultrasonic transducers using adaptive multi-frequency hopping and coding
JPH10104039A (en) Measuring apparatus for multichannel flow rate
JPH109914A (en) Ultrasonic flowmeter
RU2284015C2 (en) Method and device for measuring flux discharge
JP2017187310A (en) Ultrasonic flowmeter
JP7151311B2 (en) ultrasonic flow meter
RU118743U1 (en) ULTRASONIC FLOW METER
JP3422100B2 (en) Flow measurement device
JP3419341B2 (en) Flow measurement device
JPS6042405B2 (en) Pulsed ultrasonic Doppler current meter
RU2195635C1 (en) Method of measurement of level of liquid and loose media
RU2313068C2 (en) Mode of measuring gas consumption in main pipelines and an arrangement for its execution
RU2447406C1 (en) Ultrasonic method of measuring liquid and gaseous media and apparatus for realising said method
SU1345063A1 (en) Method of determining depth and velocity of propagation of ultrasonic waves in articles
RU2160887C1 (en) Ultrasonic flowmeter
JPS61100616A (en) Apparatus for measuring flow amount
JP4366753B2 (en) Ultrasonic flow meter
SU794531A1 (en) Ultrasonic phase meter of flow rate
JPH1151726A (en) Propagation time measuring device, supersonic type flow meter, method for measuring propagation time and controlling supersonic type flow meter
JPH0361892B2 (en)
JP2024111984A (en) Ultrasonic time measurement device and ultrasonic time measurement method
JPS6023701Y2 (en) Ultrasonic measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20081024

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20110428

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140402