Ультразвуковой расходомер

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 19.02. 79 (21) 2726855/18-10с присоединением заявки Йо(51)М, Кл,з С 01 Г 1/66 Государственный комитет СССР по делам нзобретеннй н открытий(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано для измерения расхода жидкостей.Известны одноканальные ультразвуковые расходомеры, содержащие ультразвуковой преобразователь, генератор электрических импульсов, усилитель, коммутатор, умножитель частот,смеситель, частотомер, автогенератор с автоматической подстройкой частоты, амплитудный детектор,интегрирующее устройство и выходное устройство 1 .Недостатком этих расходомеров 15 является ограниченный диапазон применения расходомеуа вследствие того, что при нелинейной зависимости емкости варикапов от напряжения практически невозможно обеспечить по стоянство коэффициента умножения в широком диапазоне изменения скорости звука, которое получается, например, при переходе с одной контролируемой среды на другую. Особенно сильно этот недостаток ощутим при больших коэффициентах умножения, которые необходимо иметь при измерении расхода в трубопроводах большого диаметра, когда приращение раэностной 30 частоты от расхода сильно уменьшается.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, соединенными через переключатель с генератором импульсов и усилителем, выход которого соединен со входом генератора импульсов, кварцевый генератор, выход которого соединен с электронным переключателем, управляющим входом реверсивного счетчика и запоминающим устройством, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход соединен со входом выходного преобразователя 2 .Недостатками этого устройства являются низкая чувствительность и недостаточно высокая точность измерений.Цель изобретения - повышение чувствительности устройства и точности измерений.Укаэанная цель достигается тем, что в ультразвуковой расходомер введены следящий генератор с автоподстройкой частоты, делитель частоты элемент сравнения и детектор, причемэлемент сравнения одним входом соединен с генератором импульсов, а вторым - с выходом делителя частоты, вход которого соединен с выходом следящего генератора, пОдключенного ко входу реверсивного счетчика и выходу детектора, вход которого подключен к выходу элемента сравнения,На чертеже приведена структурная схема предлагаемого расходомера.Расходомер содержит преобразователь 1 с двумя пьезоэлементами 2 и 3, генератор 4 импульсов, усилитель 5, переключатель б направления излучения, кварцевый генератор 7,элемент 8 сравнения, делитель 9 частоты, следящий генератор 10, детектор 11, реверсивный счетчик 12, .запоминающее устройство 13 и выходной преобразователь 14.Предлагаемый расходомер работает следующим образом.При синхронизации генератора 4 импульсов сигналами, принятыми с преобразователя 1, в электронноакустической цепи, состоящей из преобразователя 1 с пьезоэлементами 2 и 3, гейератор 4 импульсов, усилителя 5 и переключателя б,устанавливается частота следования импульсов, которая при излучении по потоку жидкости равняется Г+ч, а при излучении против потока - 1 ч, Импульсы с частотой следования +ч и поочередно поступают на один из входов элементов 8 сравнения, на второй вход кОтОрого подается сигнал со следящего генератора 10 через дискретный делитель частоты 9, с коэффициентом деления М.В результате сравнения сигналов двух отличающихся частот - сигнала с усилителя 5 с частотой следования Г+ч (или 1 ч) и сигнала с выхода делителя 9 с частотой, равной частоте генератора, поделенной М раз, получается напряжение разбаланса, которое после детектирования детектором 11 используется для управления. частотой следящего генератора 10 и его частота становится равной И 1+ч при излучении по потоку или МУ ч при излучении против потока. Сигналы со следящего генератора с частотами ИГ+ч и ИГ поочередно поступают на реверсивный счетчик 12, в котором осуществляетсявыделение разности количеств импуль- сов где Т - длительность такта;длительность импульса запирания входа счетчика.Для передачи на выход устройства непрерывной информации о расходе служит запоминакщее устройство 13, в котором полученное в виде кодаъ количество импульсов ай хранится в течение рабочего цикла реверсивного счетчика 12. Выходной преоб.разователь 14 служит для преобразования кода в унифицированный выходной сигнал"еых = ых ф+- ) (Т-о)С учетом известных выражений для+ч и -чС + ЧС 05 а(,+чВЧсОс.Г.1где С - скорость звука в неподвижной жидкости;Ч - средняя скорость потока 2 О жидкости;- расстояние между пьезоэлементами;угол между направлениемультразвукового луча иосью трубопровода.Получаем окончательно2 И ( Т -о ) К алыхс о ь с(.выл ГВ связи с тем, что коэффициентделения М делителя частоты можетвыбираться независимо от диапазонаизмерения скорости звука в жидкости,его величина может быть достаточнобольшой (М ) 100), чтобы обеспечить высокую разрешающую способность и точность расходомера.Кроме того, при изменении в широкихпределах скорости звука в жидкости,например,при переходе с одной кон тролируемой среды на другую, коэффициент М остается неизменным ине требует подстройки.Формула изобретенияУльтразвуковой расходомер,содержащий преобразователь с двумя пьезо-.элементами, соединенными через переключатель с генератором импульсов и усилителем, выход которого соединен со входом генератора импульсов, кварцевый генератор, выход которого соединен с переключателем, управляющим входом реверсивного счетчика и запоминающим устройством, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход соедийен со входом выходного преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства и точности измерений, в,него введены следящий генератор .с автоподстройкой частоты, делитель частоты, элемент сравнения и детек тор, причем элемент сравнения800652 оставитехред А ь асядниковКорректо Редактор Ю. Ков Папп Тираж 7ИИПИ ГосУДпо делам и5, Москва,Подписноственного комитета СССбретений и открытий-35, Раушская наб., д. Заказ 10396/48 113 илиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,одним входом соединен с генераторомимпульсов, а вторым - с выходомделителя частоты, вход которого соединен с выходом следящего генератора,подключенного ко входу реверсивногосчетчика и выходу детектора, входкоторого подключен к выходу элементасравнения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 248269, кл. О 01 Г 1/66, 1969.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2436494/10,кл. С 01 Г 1/66 1977.