Ультразвуковой импульсно-фазовый расходомер

О П И С А Н И Е (и) 5515 о 9ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 30.05.77 1) М. Кл, т 01 Г Государственный камит Совета Министров ССС аа делам изобретений н открытийи акуске арова- у один очности и надежност Для этого в импул расходомера,но-фазовый расходоИзобретение относится к техническо"тике и может найти применение в техниизмерений расхода жидкости,Известен ультразвуковой импульсно-фазовый расходомер, позволяющий компенсироватьвоздействия только одного из мешаюших факторов (температуры, концентрации или давления среды), т.е. он недостаточно точен 1.Наиболее близким к изобретению по технической сушности является расходомер, содержащий первичный преобразователь расхода, подключенный к выходу коммутатора,один вход которого соединен с выходом генератора, а другой - со схемой логикивыходы его подключены к схеме форминия измерительного интервала времени,выход которой через схему совпадений соединен со счетчиком, а другой со схемой логики 2. Однако из-за того, что в этом устройстве имеется дополнительный измерительный канал, оно ненадежно. Целью изобретения является повышени мер дополнительно введены схема формирования интервала времени, пропорциональногоскорости ультразвука в жидкости, два счетчика, схема сравнения кодов, умножительчастоты с переменным коэффициентом умножения частоты, схема изменения коэффициента умножения, дополнительный генератор исхема совпадений, при этом схема формирования интервала времени, пропорциональногоскорости ультразвука в жидкости, соединенас выходами схемы логики и коммутатора, аее выход подключен через схему совпаденийодин из входов которой соединен с выходом(дополнительного генератора, со входом одного из счетчиков, к другому входу которогоподключена схема формирования измерительного интервала времени, а выход этого счетчика подключен на вход схемы сравнения кодов, другой вход которой подключен к выходу другого счетчика, вход которогэ соединенчерез схему умножителя частоты с переменнымкоэффициентом умножения с выходом дополнительнэгэ генератора, а выход схемы сравнения кодов связан со входами второго счетчика и схемой совпадений основногоканала.На фиг. 1 представлена блэк-схема импульсно-фазэвогэ ультразвукового расходомера; на фиг. 2 - эпюры электрических напряжений в некоторых точках схемы.Импульсно-фазовый ультразвуковой расхэдэмер состоит из эснэвнэго и дополнительногэ каналов. Основной канал расходэмера состоит из акустического преобразователя расхода с дуплексной парой излучатель-приемник 1-2, пэдключеннэй к выходу коммутато-Ора 3, генератора 4 основной частоты, выход которого через коммутатор поступаетна вход излучателя 1, формирователя 5 измерительного интервала времени, пропорциэнальнэгэ текущей разности фаз, вхэды кэтэрэго связаны с коммутатэром, а выход -сэ схемой совпадений 6 основного канала,на другой вход которой поступает сигнал свыхода дополнительного канала; выход еесвязан сэ входом счетчика эсновного канала 7,Дополнительный канал расходомера, служащий для компенсации пэгрешности, вэзникающей при изменении скорости ультразвука вжидкости, состоит из схемы 8 формированияинтервала времени, прэпорциональнэго скорости ультразвука в жидкости, входы которого связаны со схемой логики 9 основногоканала и эдним из выходов коммутатора, аГвыходы его связаны со схемой совпадений10 и схемой 11 изменения коэффициента умножения, генератора дополнительного канала12, выходы которого связаны со входамисхемы совпадений 10 и умножителя частоты13 с переменным коэффициентом умножения, Мдвух счетчиков 14, 15, выходы которых подключены на входы схемы сравнений кодов16, выход схемы сравнений кодов подключен на вход схемы сэвпадения основного канала.Ультразвуковой импульсно-фазовый расходэмер работает следующим образом,Напряжение генератора 4 основной частоты и поступает через коммутатор 3 на вход 45 электро-акустических преэбразователей 1, 2, коммутатор управляется импульсами схемы логики 9, осуществляющей управление работой схемы эснэвнэго и дополнительного каналов, С выхэдэв акустических преобразова телей пакеты радиэимпульсов, прэшедших по и против потока через коммутатор 3, поступают на вход формирователя 5 измерительного интервала времени, прэпорциональнэго текущей разнэсти фаз, Такэй формирователь М может быть построен, например, на основе известной схемы переноса закона изменения фазы текущей высокочастотного входного сигнала на ццзкэчастэтцэе выходное колебание с последующим формированием интерва О ла времени, пропорционального текущей разности фаз. Сигнал с выхода формирователяизмерительного интервала поступает на входсхемы совпадения 6, на другой вход которойпоступает сигнал дополнительного канала,Для компенсации погрешности от изменения скорости ультразвука в жидкости используется схема формирования интервала времени, пропорционального скорости ультразвукав жидкости, на один вход которой поступаетсигнал со схемы логики 9, определяющийпередний фронт радиоимпульса излучаемогопо и против потока, а на другой вход огибающая приемного радиоимпульса по одному изнаправлений излучения,Выход схемы формирователя интервалавремени, пропорционального скорости ультразвука в жидкости, подключен на вход схемысовпадения 10, на другой вхэд которой поступает сигнал дополнительного генератора12. Счетчик 14 запоминает количество импульсов, содержащихся в заданном интервале, пропорциэнальном скорости ультразвукав жидкости, Выход счетчика 14 подключенна вход схемы сравнения кодов 16, на другой вход которой пэсту.пает код со счетчика1 5, на вход кэтэрого поступает сигнал умножителя частоты импульсов 13, с переменным коэффициентом умножения тп(с),При равенстве кодов схема сравнения кодов 16 выдает сигнал, который с одной стороны поступает на вход схемы совпаденийосновного канала 6, а с другой - на оборотсчетчика 15.Конец измерительного интервала времени,пропорционального текушей разности фаз,сбрасывает счетчик 14 в исходное сэстояниеи цикл повторяется.Для получения требуемэй функциональнойзависимости выходной частоты импульсовсхемы сравнения кодов 16 от скорости ультразвука используется схема 11 изменениякоэффициента умножения, на вход которой поступает импульс со схемы фэрмирования интервала времени, пропорционального скоростиультразвука в жидкости.При превышении (или уменьшении) этогоинтервала времени длительности импульса,срабатывает схема, которая изменяет коэффициент умножения умножителя 13 частотыс переменным коэффициентом умножения.Такой умножитель может быть, например,построен по схеме с импульснэ-фазовым детектором и счетчиком в цепи обратной связи, изменение коэффициента, деления которогэ приводит к изменению коэффициента умножения умножителя частоты,Работа импульсно-фазового расходомераописывается следующей системой уравнений,"звука в жидкости для акустического тракта без преломления и с преломлением 15соэтветственнэ;К - коэффициент пропорциональ - скорость ультразвука в жидк эсти. 20Интервал времени, формируемый схемой 8, имеет следующий вид: где 5 - расстояние между излучателем иприемником;+ знак приращения, который зависитот направления излучения ультра- З 0звука,Так как для большинства промышленныхпотоков скорэсть потока (У) на три порядка меньше скорости ультразвука в жидкости(С ),то членом%С в выражении (2) мэкнэ пренебречь. Для У - единиц м/сек (при11 .=1 м/сек и С =1500 м/сек) максимальная погрешность, вносимая пренебрекением числом Ч ( С, составит + 0,03%),Тогда с учетом изложенного выражение 40(2) примет вид: Есличастота допэлнительногэ генератора, то код счетчика 14 можно записать в 45следующем виде:М5 Такой же пэ величина кэд в счетчике 15 при входнэй частоте 1 п (С) у будет за 50 время Г, определяемое из выражения Частота Р на выходе схемы совпадений ко дов 6 имеет следующий вид:1 п (С)С(ч)- ГтСхема 11 изменения коэффициента умножения интервала времени, пропэрционального 60 скэрости ультразвука в жидкости, изменяет коэффициент у.мнэжения схемы так, чтобытп(С) С Г (с). Как пэказывают расчеты, при изменении скэрэсти ультразвука в жидкэсти на 20%, что охватывает бэльшую часть практических случаевдостаточно (с погрешностью 0,2%) двух участков аппроксимации для реализации функциональных зависимэстей Р 1 2 (С), т.е.едвух значений коэффициентов умноженич ум - нокителя 13.В этэм случае код счетчика 7 с принятыми допущениями примет следуютлий вид,:й=срЦ) Как следует из выражения (4), выхэднаяинформация такэгэ расхэдэмара не зависитэт скэрэсти ультразвука в жидкости.На фиг. 2 даны временные эпюры напряжений в соответствующих точках расхэдэмера, при этэм нижний индекс у символа Чэбэзначает номер блэка, на выходе кэтэрэгэ имеется данная эпюра, индекс вверху -нэмер блока, на вход которогэ она подается.Таким образом, использование новых элементов - двух счетчиков, умнэжителя частоты с переменным коэффициентэм умножения,схемы изменения коэффициента умнэжения,схемы совпадений, допэлнительнэгэ генератэра и схемы совпадений кодов пэзвэляетповысить точность и надежность измерениярасхэда различных жидкостей.Принцип компенсации прэгрешности эт изменения скорости ультразвука в эписаннэмимпульсно-фазовом расходэмаре может бытьуспеш 11 о использован в импульснэ-временномультразвукэвэм расходомере,Формула изобретения Ультразвуковой импульсно - фаз эвый расс эдэмер, содержащий первичный преэбразэва - тель расхода, подключенный к выходу кэммутатора, эдип вход которого соединен с выхэ - дэм генератора, а другой - сэ схэмэй 11 э 1 иКИ, а ВЫХОДЫ ЕГЭ ПЭДК 1 ЮЧЕНЫ К СХЕь 1 Е фЭР 1- рования измеоительнэго интервала времени, ЭдИН ВЫХЭд Котэрой ЧэрЕЗ СХЕ:ь 1 у СЭВПадаиий соединен сэ счетчиком, а другой - со схемой логики, о т л и ч а ю щ и й с я тем,чтэ, с целью повышения тэчнэсти и надежности, в него дополнительно введены схема формирования интервала времени, прэпэрциэнальнэгэ скорости ультразвука в жидкости, два счетчика, схема сравнения кодов, умнов житель частоты с переменным коэффициентом умножения, схема изменения кээффициентаумножения, дополнительный генератор и схема совпадений, при этом схема формированияинтервалавремени,пропорциональногоскорости ультразвука в жидкости, соединена с выходами схемы логики и коммутатора, а ее выходподилючен через схему совпадений, один извходов которой соединен с выходом дополнительного генератора, со входом одного изсчетчиков, к другому входу которого подключена схема формирования измерительного ин-ртервала времени, а выход этого счетчикаподключен на вход схемы сравнения кодов,другой вход которой подключен к выходу другого счетчика, вход которого соединен черезумножитель частоты с переменным коэффициентом умножения с выходом дополнительного генератора, а выход схемы сравнения кодов связан со входами второго счетчика исхемой совпадений основного канала,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР238593, М, Кл, 6 01 Р 1/00, 1967,2, Авторское свидетельство СССР395724, М, Кл, 6 01 Р 1/00, 1970