Ультразвуковой измеритель скорости потока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) 970223

1 с у

//= -- (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 190L81 (21) 3237130/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.82. Бюллетень ¹40

Дата опубликования описания 30.10.82 (И) М. Кл.

G 01 P 5/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .39 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.Â. Рагаускас и Р.Р. Хомскис

1

Каунасский политехнический институт им.Антанаса Сйечкуса:.:-,. . (71) Заявитель (54) УЛЪТРАЭВУКОВОР ИЗМЕРИТЕЛЪ СКОРОСТИ

ПОТОКА

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерений скорости пстоков газов, контроля за ходом технологических процессов и при управлении скоростью потоков, например, в аэродинамических установках.

Известны ультразвуковые измерите- ли скорости потока, содержащие два обратимых электроакустических преобразователя, передатчик, приемник импульсных сигналон, преобразователь типа временной интервал — цифра, блок вычисления обратных цифровых неличин и вычитающее устройство f1) .

Недостатком известных устройств является неработоспособность при измерении скорости сверхзнуковых потоков, скорость которых превышает величину скорости ультразвука и потоке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой измеритель скорости потоков, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, передатчик, приемник, синхронизатор, преобразователь типа временной интервал — цифра, блок опорной цифры, блок вычисления обратных цифровых величин, нычитаюшее устройство, два сумматора, три ключа, цифроаналоговый преобразователь, дифференциальную цепочку и переключатель (2).

Недостатком известного устройства является наличие подготовительного режима работы устройства, в котором излучение акустических импульсов производится против направления потока, т.е. устройство неработоспоссбно при сверхзвуковых скоростях потока ° Быстродействие этого устрой15 ства ограничено длительностью принимаемых акустических импульсов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности измерения

2О скорости сверхзвуковых потоков и увелйчение быстродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены третий электроакустический преобразователь, множительное устройство, второе входное устройство, нторой преобразователь временной интервал— цифра и второй блок вычисления обратных величин, причем первый электроакустический преобразователь под970223

60 ключен к выходу передатчика, второй через первое входное устройство, первый преобразователь временной интервал — цифра и множительное устройство подключен к входу первого бЛока вычисления обратных величин, третий электроакустический преобразователь через второе входное устройство, второй преобразователь временной интервал — цифра и второй блок вычисления обратных величин 10 подключен к второму входу вычитающего устройства, входы управления преобразователей временной интервалцифра, блоков вычисления обратных величин, блока опорной цифры и вто- )5 рого входного устройства подключены к выходам синхронизатора, при этом выходы блока опорной цифры подключены к вторым входам первого и второго преобразователей временной интервал — цифра.

На фиг.l представлена блок-схема устройства; на фиг .2 — графики; поясняющие работу устройства.

В устройство входят необратимый электроакустический преобразователь

1 и два акустоэлектрических преобразователя 2 3 передатчик 4, два входных устройства 5 и б, синхронизатор 7, состоящий, например, из импульсных генераторов и цепей задержки, два преобразователя временной интервал — цифра 8 и 9, множительное устройство 10, блок 11 опорной цифры, два блока 12 и 13 вычисления обратных цифровых величиг и вычитающее устройство 14.

Электроакустический пуеобраэова-! тель 1 соединен с выходом передатчика 4. Акустоэлектрический преобразователь 2 соединен с вхоцным уст- 4() ройством 5, выход которого соединен с первым входом преобразователя 8 временной интервал — цифра и входом синхронизатора 7. Выход преобразователя S соединен с входом множительного устройства 10, выход которого соединен с входом блока 12 вычисления обратных величин. Выход блока 12 соединен с первым входом вычитающего устройства 14. Акустоэлектрический преобразователь 3 соединен с входным устройством б, выход которого Через первый вход преобра- .. зователя 9 временной интервал — цифра и блок 13 вычисления обратных величин соединен с вторым входом вычитающего устройства 14. Первый выход синхронизатора 7 соединен с входом передатчика 4 и входами управления преобразователей 8 и 9 временной интервал-цифра. Вторые входы преобразователей 8 и 9 соответственно соединены с первым и вторым выходами блока 11 опорной цифры.

Входы управления входных устройств

5 и 6, блока 11 опорной цифры, бло- 65 ков 12 и 13.вычисления обратных ве- личин и вычитающего устройства 14 соответственно соединены с вторим, третьим, четвертым и пятым выходами синхронизатора 7.

Ультразвуковой измеритель скорости сверхзвуковых потоков работает следующим образом.

Передатчик 4 периодически запускается импульсами, поступающими с выхода синхронизатора 7, причем период Т повторения запускающих импульсов установлен согласно условию

Т«т;, где -, — время прохождения

i -го акустического импульса по направленлю потока от электроакустического преобразователя 1 до электроакустического преобразователя 3. При этом на электроакустический преобразователь 1 поступают импульсы возбуждения с периодом Т. Акустические импульсы, излучаемые только по направлению потока, принимаются преобразователями 2 и 3 и через входное устройство 5 поступают на вход синхронизатора 7 и преобразователь 8 временный интервал — цифра, а через входное устройство б поступают на преобразователь 9. В момент времени

+ „, где т„ — время прохождения первым акустическим импульсом расстояния между преобразователем 1 и преобразователем 3, импульсом, поступающим с первого выхода синхронизатора 7 на вход управления преобразователя 9, цифровая величина

И„ 7„ переписывается в регистры блока:.. !

13 В момент времени, +т д +! -1

+6,, где 4 <с дт„ - время задержки в цепях синхронизатора 7, а Y,, интервал времени между приемом (i-1) и i-ro импульсов, запускается блок опорной цифры 11 и на второй вход преобразователя 9 поступает отрицательная опорная цифра /-Ио!= Т, которая суммируется с содержанием регистров преобразоватеЛя 9. После окончания суммирования в моменты и

ВРЕМЕНИ t. + 1>+ а +р 1 на вход упг 1 1 . "1-1+ С1

i-4 равления преобразователя 9 поступают импульсы с первого выхода синхронизатора 7, после чего начинается.суммирование текущей цифровой величины, содержащейся в регистрах преобразователя 9, и величины ь К = дс„ .

Таким образом, в каждый i-й момент времени формируется i-я цифровая величина И согласно выражению

М,=!!! iХ ай. -(i-1)H -" В ., (o)

1" 1 . 11 О

1*1 где

970223

5 а

35

40 ьit

1, — Y(t)3t - средняя величина пе-!

4 t! ременной скорости

V (t) исследуемого потока за интервал времени Т.

С - скорость ультразвука в измерительном потоке;

d - расстояние между электроакустическими преобразователями

lи3;

d. — угол между базой d и вектором скоростй исследуемого потока °

После каждого поступления цифровой

1 величины N; на выход преобразователя

9 импульсами синхронизатора 7, поступающими с его четвертого выхода, запускается блок 13. После оконча- 20 ния вычислений в блбке 13 íà его выходе периодически формируется цифровая величина 1/Ni, которая записывается в регистры первого слагаемого

:вычитающего устройства 14, после 25 .,чего блок 13 сбрасывается и подготавливается импульсами синхронизатора 7.

Влектроакустический преобразователь 2, входное устройство 5 и преобразователь 8 временный интервал—, цифра работают таким же образом, .как и преобразователь 3, входное устройство б и преобразователь 9 временный интервал — цифра.

Таким образом, в каждый l-й момент времени на выходе преобразо- вателя 8 формируется цифровая величина N; согласно выражению и

Й! = N". + Q Ь й".» - (i- !) и =- 1., (Á)

1 1 .1! о е кими преобразователями

1 и2;

9> » — „ М(ЦЮ - средняя величина переменной скорости иссле4! дуемого потока эа интернал времени, — расстояние между электроакустическими преобразбвателями 1 и 2.

Угол d (Ôèã.l) устанонлен согласно условию 0.«б <с л/2! чтобы преобразователь 3 не заслонял преобразователя 2.

Каждая цифровая величина N с выхода преобразователя 8 поступает на вход множительного устройства 10 и умножается на величину К = а /а 1" которая нводитс я предваритель ньм программированием в множительное устройство 10. После каждого поступления цифровой величины К ° N; на выход множительного устройства 10 импульсом синхронизатора 7, поступающим с его четвертого выхода, запускается блок 12 вычисления обратных цифровых величин. После окон1чания вычислений в блоке 12 на его выходе периодически формируется цифровая величина 1/K.N ", которая

1Р записывается в регистры второго ста гаемого вычитающего устройства 14.

После этого блок 12 сбрасывается и подготавливается импульсом синхронизатора 7.

В дискретные моменты времени

= „+Г„". + (1-<)T+ Е с!, где E +t— суммарное время вычислений, на выход вычитающего устройства 14, согласно выражениям (с!) и (б), поступают цифровые величины м„=!/Й -1/k 41"=1/т„-1/K.t,".

При выполнении условия с «Ti/2, действительно cosd. cos (cL+d) . При этом цифровая величина М; выражается формулой где N ÿ (!

1 !

Ц Фс; (B) цифровая величина, которая формируется в момент времени t +-. на выходе преобразователя

9,.пропорционально времени прохождения первого акустического импульса по направлению потока между электроакустическими преобразователями

l и2; текущая цифровая величина, пропорциональная интервалу времени между двумя акустическими импульсами, принимаемыми электроакустическим преобразователем 2; время прохождения по направлению потока 1-го акустического импульса между электроакустичес(Я -9„. )соэсс м. = " 1 u(t)dk =

1 о! тп

1 1 1

1+в

Цифровая величина M. поступает на вход вычитающего устройства 14 с периодом Т повторения зондирующих акустических импульсов > причем Т«Т.

irni11

Устройство вперные обеспечивает воэможность ультразвукового измере,0 ния скорости сверхзвуконых потоков, период флюктуаций которых намного меньше времени прохождения акустического импульса баэовбго расстояния а„-а! по направлению потока.

Время интегрирования впервые

4!5 уменьшено до величины Рт,=7 !970223 т.о. до величины, равной разнице времени прохождения акустическими импульсами базовых расстояний

d и 6< по направлению потока, причем d . « Т. Этим обеспечено увеличение быстродействия и уменьшение динамической погрешности не менее, чем в 7 / о r„ ðàý .

Использование предложения особенно полезно при контроле и управлении процессами в аэродинамических сверхзвуковых установках, а также в научных исследованиях взрывных процессов.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий два электроакустических преобразователя, один иэ которых является излучающим, а второй приемным элементом, передатчик, первое входное устройство, подключенное к выходу синхронизатора, первый преобразователь временный интервал — цифра, первый блок вычисления обратных величин, выход которого подключен к первому входу вычитающего устройства, и блок; опорной цифры, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения скорости сверхзвуковых потоков, в устройство введены третий электроакустический преобразователь, множительное устройство, второе входное устройство, второй преобразователь временной интервалцифра и второй блок вычисления обратных величин, причем первый электроакустический преобразователь подключен к выходу передатчика, второй через первое входное устройство, первый преобразователь временной интервал - цифра и множительное

t0 устройство подключен к входу первого блока вычисления обратных величин, третий электроакустический преобразователь через второе входное устройство, второй преобразователь вре )5 менной интервал — цифра и второй блок вычисления обратных величин подключен к второму входу вычитающего устройства, входы управления преобразователей временнОй интервал— цифра, блоков вычисления обратных величин, блока опорной цифры и второго входного устройства подключены к выходам синхронизатора, при этом выходы блока опорной цифры подключены к вторым входам первого и второго преобразователей временный интервал — цифра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ 9 2431346, кл. G 01 Р 5/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2820222/18-10., кл. G 01 Р 5/00, 1979 (прототип).

970223

Составитель Н. Вурбело

Редактор M. Янович Техред М.Надь . КорректорН. Вуряк, Заказ 8378/53 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувакая наб., д. 4/5 т

Филиал ППП Патент, г. Уигород, ул. Проектная, 4