Салахутдинов И.Р.

Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия

Имитатор для контроля технического состояния ультразвуковых расходомеров

Для пояснения принципа работы имитатора приведена следующая структурная схема рисунок 1

Рисунок 1 - Структурная схема, поясняющая работу имитатора описываемого в этом разделе

1,2…8 - входы и выходы блоков;

L-путь, который проходит ультразвуковая волна в жидкости.

Требуемыми условиями контроля является: наличие жидкости в первичном приборе, расход которой считается, а так же чтобы скорость её потока была равна нулю.

Условно обозначим направление излучения от 7 к 8 - по ходу потока, а от 8 к 7 - против. Пусть вторичный прибор излучает импульс идущий по ходу потока с вывода 1, который в конструкции без имитатора должен был бы попасть на пъезоэлемент (вывод 7) для излучения ультразвуковой волны. Но данный импульс поступает в имитатор (вывод 3), задерживается на определяемое расходом время и посылается на первичный прибор. Электрический сигнал формирует ультразвуковые колебания. Ультразвуковая волна пройдя весь путь L, попадает на приёмник, который переводит механические колебания среды в электрические, свободно проходящие через имитатор без задержки. Вторичный прибор фиксирует их. Затем импульс распространяется против хода потока из 2, на участке 4-6 задерживается, проходит через первичный прибор и потом без задержки через 3-5 на вторичный прибор. Происходит расчёт расхода вторичным прибором.

Признаком удачной проверки расходомера является совпадение расходов, отображаемых на индикаторах имитатора и вторичного прибора с заданной точностью. Проверка проходит для разных расходов, которые меняются имитатором с заданным шагом.

Задачей имитатора является формирование задержек сигнала. Они добавляются к основной задержке t₀, требуемой для прохождения ультразвука через стоячую воду в первичном приборе. После чего сигнал снова возвращается во вторичный прибор, проходя через имитатор без задержки. Тут возникает вопрос: как сымитировать случай, когда сигнал распространяется по направлению движению воды, ведь он обладает большей скоростью, чем в неподвижной жидкости (скорость ультразвука в среде плюс скорость потока), а значит пройдёт тоже расстояние L за меньшее время. Т. е. в данном случае нужно не добавлять задержку, а даже уменьшать t_v, что невозможно.

(1.1)

где - угол между пьезодатчиками и направлением движения воды,

с — скорость звука в веществе, расход которого измеряется,

- время, которое сигнал экономит при прохождении по потоку

Решение данного вопроса лежит в свойстве вторичного прибора, который сначала вычисляет время распространения сигнала по ходу движения t_по и против t_пр

(1.2)

А затем вычисляет их разность t_пр- t_по. Таким образом если мы к каждой задержке добавим ещё задержку (обозначим её за 0) t_пр1= t_пр+ и t_по1= t_по+, то результат t_пр1- t_по1= t_пр+- t_по-= t_пр- t_по не измениться, но мы получим возможность сымитировать движение сигнала по ходу потока, добавляя как бы «отрицательную» задержку. «Отрицательная» - это задержка меньше , а это уже можно реализовать.

Рисунок 2 - Задержка импульса в имитаторе

где 1 – импульс перехватываемый имитатором, 2 – задержанный импульс на время t_{лин_зад}, который подаётся на пьезоэлемент, 3 – импульс идущий на вторичный прибор, а – временная задержка взятая за ноль, t₀ - время необходимое на прохождение ультразвука через жидкость в первичном приборе, скорость которой равна нулю.

Рассчитаем =++t₀-(-+t₀)=++t₀--+-t₀= +

+ (1.3)

Таким образом на влияет только изменение и. Они и определяют расход. Задавая их можно с высокой точностью воспроизводить изменение скорости потока и расхода.

Сигнал задерживается в имитаторе линией задержки на время Если < то имитируется движение по потоку, а если >, то имитируется движение против потока.

В реальном приборе учитываются погрешности и . Это погрешности вносимые задержкой на пьезоэлементах.

Имитатор в конечном итоге считает расход V и Q по формулам

(1.4)

(1.5)

где V — скорость потока жидкости, расход которой меряется,

S — площадь сечения трубы,

D — внутренний диаметр трубы.