Ультразвуковой расходомер

ЪдС; - ;"ОЛ ИСА;НЙЕИЗОБРЕТЕН ИЯ ц 03130 Союз СоветснииСоциалистицескииРеспублик К АВ 3"ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ 1) Дополнительное к авт. свид-ву -2) Заявлено 22.11.74 (21) 2077326/18-10 51) б 011 соединением заявк асударствеииыи комитетСовета Мииистров СССРоо деяам изобретенийи открытий(23) Приоритет -Опубликовано 15.02.76,(53) УДК 681,121(088 летень Ме я 20.10.76 ата опубликования опи 72) Авторы изобретения Б. И. Мжельский иМосковский ордена Ленина(71) Заявител 54) УЛЬТР РАСХОДОМЕР О овым льзо- жидИзобретение относится к ультразвук способам измерения и может быть испо вано для определения скорости потока кости или газа и его расхода.Известны ультразвуковые расходомеры, основанные на эффекте смещения ультразвуковых волн потоком жидкости или газа и содержащие генераторы высокочастотных колебаний, соединенные с излучающими вибраторами, которые возбуждают колебания по потоку и против потока, приемные вибраторы, смесители электрических колебаний и измерительный блок.Недостатками известных устройств являются зависимость результатов измерения от изменения скорости распространения ультра. звуковых колебаний в движущейся среде, а также малая точность измерения текущего значения расхода. Для получения большой точности при большой базе измерений время измерения должно быть значительно увеличено, что исключает контроль текущего расхода.Для повышения точности измерений предлагаемый расходомер дополнительно содержит генератор пилообразного напряжения, причем генератор высокочастотных колебаний соединен с излучающими вибраторами, к входам каждого смесителя подключены соответственно излучающий вибратор одного канала и приемный вибратор другого, а выходы смссителеи соединены с входами измерительного блока, один выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом регулировки частоты генератора высокочастотных колебаний, а другой - с разрешающим входом измерительного блока.Кроме того, измерительный блок можетбыть выполнен в виде реверсивного счетчика, два выхода которого через ключи связаны с 1 О импульсныд генератором и смесителями электрических колебаний, а третий вход которого соединен с третьими входами ключей и с генератором пилообразного напряжения.На фиг, 1 изображена блок-схема описы ваемого устройства; на фиг. 2 - временныедиаграммы сигналов в различных точках блок-схемы.Расходомер содержит двухканальный акустический преобразователь с излучающпди 1, 2 20 и приемными 3, 4 вибраторами, которые закреплены на трубопроводе 5, генератор 6 высокочастотных колебаний, соединенный с излучающими вибраторами 1, 2, смесители 7 н 8 электрических колебаний, к входам каждого 2 В из которых подключены соответственно излучающий вибратор 1 (2) одного канала и приемный вибратор 3 (4) другого, измерительный блок 9, входы которого соединены с выходами смесителей 7 и 8, и генератор 10 пилообразного напряжения, один выход которого соединсн(3) с входом регулировки частоты генератора 6 высокочастотных колебаний, а другой - с разрешающим входом измерительного блока 9.Измерительный блок 9 содержит ключи 11 и 12, импульсный генератор3 и реверсивный счетчик 14. Два входа реверсивного счетчика 14 связаны с импульсным генератором 13 и смесителями 7 и 8, а третий вход - г третьими входами ключей 11 и 12 и с генератором 10.Устройство работает следующим образом.Пилообразное напряжение генератора 1 С изменяет частоту генератора 6 ультразвука вых колебаний по пилообразному закон (фиг. 2 а). От генератора 6 высокочастотных колебаний напряжение с изменяющейся час тотой поступает на излучающие вибраторы 1 и 2, возбуждающие ультразвуковые колебания по и против напряжения потока среды 15 в трубопроводе 5. На приемные вибраторы 3 ю 4 ультразвуковые колебания приходят со сдви гом на время т и т 2 соответственно, Причемт = . тг = (1)с+с -Изменение частоты колебаний от времени на приемных вибраторах 3 и 4 (в точках г и д схемы фиг. 1) показано на фиг, 2 г и 2 д соответственно, На один вход смесителей 7 и 8 подается напряжение изменяющейся частоты от генератора 6 высокочастотных колебаний (фиг. 2 а), а на другой вход смесителейи 8 приходит напряжение также изменяющейся частоты от приемных вибраторов 3 и 4 (фиг. 2 г и 2 д), соответственно. Поскольку напряжение изменяющейся частоты на приемных вибраторах 7 и 8 сдвинуто на время т и т относительно излученных колебаний (фиг. 2 а), то разностная частота на выходе смесителя 7 будет равнаб 1 = - тьХ(2)Та разностная частота на выходе смесителя 8 равна где , - максимальное отклонение частотыгенератора 6 ультразвуковых колебаний за период времени Т.Напряжение разностной частоты на выходе смесителя (точка ж схемы фиг. 1) показано на фиг. 2 ж, на выходе смесителя 8 (точка е схемы фиг. 1) - на фиг. 2 е. Обозначим период разностной частоты на выходе смесителя 7 через Та на выходе смесителя 8 - через Т При этом из выражений (1), (3) получим, что разность периодов разностных частот равна1 ТЦ Ц 2 .1 и,т 2 Т 1= 2 -- 1l, (4)Ут, е. при линейном законе модуляции разность периодов двух разностных частот прямо про 5 10 15 20 25 30 35 40 4порцйональна скорости потока 1 и не зависйт от скорости ультразвука в исследуемой среде 15.Для измерения разности периодов по выражению (4) используется измерительный блок 9. На разрешающий вход (точка б на фиг, 1) измерительного блока 9 подается сигнал со второго выхода генератора 10 для задания времени измерения (временная диаграмма сигнала показана на фиг. 2 б).В качестве измерительного блока 9 используется реверсивный счетчик 14, импульсный генератор 13 и два ключа 11 и 12, Импульсный генератор 13 подает на ключ 11 импульсы стабилизированной частоты (фиг, 2 л), а на ключ 12 - импульсы той же частоты, но сдвинутые на часть периода с тем, чтобы импульсы на выходе ключа 11 не совпадали во времени с импульсами на выходе ключа 12. Генератор 10 сбрасывает реверсивный счетчик 14 в нулевое состояние и вырабатывает импульсы разрешения на входах ключей 11 и 12 (в точках б), показанные на фиг. 2 б, Под действием сигнала смесителей 7 и 8 (фиг, 2 ж и 2 е) на вторых входах ключей 11 и 12 образуется импульс разрешения на время периода Т, и Т, соответственно (фиг. 2 к и 2 и). Поэтому на каждый вход реверсивного счетчика импульсов 14 подается пачка импульсов от импульсного генератора 13, причем число импульсов в первой пачке (фиг. 2 н) пропорционально периоду Т а число импульсов во второй пачке (фиг. 2 м) - периоду Т 2. Следовательно, показания реверсивного счетчика будут соответствовать разности периодов двух разностных частот и будут пропорциональны скорости потока по выражению (4). В измерительном блоке 9 можно измерять не только один период, но и полупериод или несколько периодов или полупериодов разностных частот б и бЬ Формула изобретения 1. Ультразвуковой расходомер, содержащий двухканальный акустический преобразователь с излучающим и приемным вибраторами в каждом канале, генератор высокочастотных колебаний, два смесителя электрических колебаний и измерительный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство дополнительно содер-. жит генератор пилообразного напряжения, причем генератор высокочастотных колебани 11 соединен с излучающими вибраторами, к вхо-. дам каждого смесителя подключены соответ-. ственно излучающий вибратор одного канала и приемный вибратор другого, а выходц сме: сителей соединены с входами измерительного блока, один выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом регулировк 11 частоты генератора высркочастотных колеба-. н 11 й, а другой - с разрешающим входом щ: мерительного блока.2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что Измерительный блоК выполнен в виде р 0верснвногд счетчика, два входа которого через ключи связаны с импульсным генератором и смесителями электрических колебаний, а 6третий вход которого соединен с третьими вхо.дами ключей и с генератором пилообразногонапряжения.503130 е ректор М. Лейзер Подписное НИИПИ ОТ, Загорский филиал Редактор С, ХейЗаказ 379 Составитель В. АнтиповТсхред А. Камышникова Изд.1126 Тираж 782осударствснного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытии3035, Москва, 7 К, Раушская наб., д. 4/5