Ультразвуковой расходомер

ОПИСАИЗОБРЕТЕНИЯ Н ЯЕ Союз Советсинд Соцнапнстнческнд республик(щ 657254 АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ое к авт. свид-ву7 б (21) 2383719/18-10 олнит 22) Заявлен М. Ка 1 Р 1/бб и Мв исоединением осударстеениый комит СССР о делам изобретени и открытийОпубликовано 1504,79,Бюллетень ЭВ Дата опубликования описания 1504.7 Авторыизобретени Мжельский и А Мжельска(71) Заявите осковский ордена Ленина энергетический инст 54) УЛЬТРАЗВУКОВОИ РАСХОДОМЕР рас 2,техт Изобретение относится к области технической акустики и может быть использовано для измерения скорости жидкости в трубопроводах различного диаметра или открытых каналах,Известны одноканальные ультразвуковые расходомеры, измеряющие скорость потока фаэовым методом 11. Недостатками данных расходомеров являются сильная зависимость показаний от скорости ультразвука в движущейся среде (например, при изменении температуры, концентрации и т.п.) и малый диапазон измерения скорости потока при расстояниях между вибраторами ф более 0,1-0,2 м.:Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одноканальный фазовый ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя вибраторами, к которым через переключающий блок подключена цепь из последовательно соединенных демодулятора, фазового дискриминатора, порогового устройства, блока управления частотой, ультразвукового генератора и модулятора, к одному входу которого подключен блок синхронизации, а к цругому входу - индикатор и фазовый детектор, вход которого соединен с переключающим блоком, а выход - сблоком управления частотой 2,При этом общий диапазон работы дан"ного расходомера расширяется до 2,5.В реальных условиях изменение толькоскорости ультразвука в диапазоне температур 10-30 С составляет величинупорядка 4. Следовательно, показаниярасходомера могут оказаться ложными.Целью изобретения является упрощение конструкции и расщирение динамического диапазона измерения расхода.Это достигается тем, что предлагаемый ультразвуковой расходомер снабжен блоком проверки динамическогодиапазона фазового детектора, содержащим последовательно соединенные делитель с управляемым коэффициентомделения частоты, низкочастотный генератор и задатчик режима проверки,причем делитель включен между выходом ультразвукового генератора и управляющим входом блока синхронизации.На фиг. 1 изображена блок-схемаописываемого ультразвукового расходомера; на фиг.2 - временные диаграмж,поясняющие его работу,ультразвуковой ходомер содержит вибраторы 1 и переключающийблок З,фазовый де ор 4, выход ко657254 торого через блок упранления 5 подключен к входу ультразвукового генератора б, и индикатор 7, вход которого соединен с выходом ультразвукового генератора б. Расходомер содержит также блок проверки 8 динамического диапазона, н состав которого входят последовательно соединенные задатчик 9 режима проверки, низкочастотный генератор 10 и делитель 11. В состав расходомера входят блок синхронизации 12, блок модуляции-демодуляции, содержащий модулятор 13 и демодулятор 14, фазовый дискри;натор 15 и пороговое устройство 16. Вибраторы 1 и 2 закреплены на трубопроводе 17, в котором измеряется скорость потока жидкости 18, Входы фазового детектора 4 соединены через переключающий блок 3 с нибраторами 1 и 2. Выход модулятора 13 через переключающий блок 3 соединен с одним из вибраторов 1 или 2.Один выход ультразвукового генератора20 б соединен с входом блока синхронизации 12 через делитель 11,Один из входов модулятора 13 соединен со вторым ныходом ультразвукового генератора б, а другой вход - с выходом блока син хронизации 12 частоты и с одним входом фазового дискриминатора 15. Второй вход фазового дискриминатора 15 через демодулятор 14 и переключающий блок 3 подключен к одному иэ вибраторов 1 или 2, настроенному на прием ультразвуковых колебаний, Выход Фазового дискриминатора 15 соединен через пороговое устройство 16 с суммирующим входом блока управления 5, 35 Устройство работает следующим образом. Переключающий блок 3 соединяет ультразвуковой генератор 6 с вибратором 1, а фазовый детектор 4 - с вибратором 2. При прохождении колебаний от излучающего вибратора 1 до приемного вибратора 2 последние запаздывают, поэтому на входы фазового де тектора 4 приходят сдвинутые по фазе напряжения ультразвуковой частоты. На выходе Фазового детектора 4 появляется напряжение, зависящее от разности фаэ входных сигналов. С помощью 50 блока управления 5 это напряжение изменяет частоту ультразвукового генератора б до тех пор, пока выходное напряжение фазового детектора 4 не станет равным заданной величине. В следующий такт работы переключающего устройства 3 ультразвуковой генератор 6 соединяется с вибратором 2, поэтому направление акустических колебанИй противоположно вектору скорости потока, При этом запаздывание сигнала имеет меньшую величину, поэтому частота ультразвукового генератора б уменьшается до тех пор, пока разность фаз на выходе Фазового детектора 4 не станет равной заданной величине. 65 4Аналогичным образом работает и второй контур регулирования на частот. модуляции. Модуляция колебаний осуществляется с помощью модулятора 13 и блока синхронизации 12, демодуляция - демодулятором 14, Пороговое устройство 16 подключает фазовый дискриминатор 15 к блоку управления 5 в случае, если фазовое соотношение сигналон на входе фазового дискриминатора 15 превышает заданное значение. Для расширения полосы захвата нсхему введен блок 8, который периодически устанавливает минимальную частоту модуляции Рщд н соответствии с требуемым диапазоном измерения, а затем переходит к более высокой (максимальной) частоте модуляции Е"п,с,х , Этот переход может осуществляться скачком или плавным изменением частоты модуляции от минимального до максимального значения. Максимальная частота модуляцииР,с,х определяется зоной захвата фазового детектора 4,Влок 8 производит периодическуюпроверку диапазона работы фазовогодетектора 4 при плавном изменениичастоты модуляции, Временные диаграммы его работы показаны на фиг. 2. Приэтом период импульсов задатчика 9 режима проверки определяет промежутоквремени между двумя последовательными проверками (см. Фиг. 2 а ),Импульсы задатчика 9 поступают навход низкочастотного генератора 10,являющегося, например, ждущим генератором пилообразного напряжения.Длительность пилообразного напряжения(см, фиг. 2 б) на выходе низкочастотного генератора 10 существенноменьше периода следования входных импульсов и определяется временем вхождения в синхронизм измерительного контура расходомера, т,е. его быстродействием, Пилообразное напряжение(фиг, 2 Е ) низкочастотного генератора 10 поступает на делитель 11 по входу изменения его коэффициента деления, Делитель 11 может быть реализован при использовании двоичного счетчика и соответствующего полосоного фильтра, Перестройка коэффициента деления счетчика обеспечивается коммутацией обратных снязЕй. На высокочастотный вход делителя подается сигнал от ультразвукового генератораб. Изменение частоты выходного сигнала делителя 11 при подаче на упранляющий вход пилообразного напряжения (Фиг, 2 б) показано на фиг. 2 н.Выходной сигнал делителя 11 фиг. 2 низменяется н соответствии с изменениемпилообразного напряжения фиг, 2 б нпределах от минимальной частоты модуляции Рп до максимальной ГахВыходной сигнал делителя 11 поступаетн блок 12 синхронизации, где он синхронизируется по фазе с астотоультразвукового генератора 6. Далее работа схемы происходит обычным образом.При низкой частоте Р происходит захват рабочей точки измерителя, т.е. установка правильного значения числа волн между вибраторами 5 1 и 2. Постепенное повышение частоты модуляции до Р с, не вызывает изменения числа волн между вибраторами 1 и 2, если быстродействие контура достаточно велико, т.е. если он не вы- )О ходит из режима захвата,Блок 8 может также вырабатывать одиночные импульсы при ручной установке режима захвата, либо при работе по заданной программе для про- ц верки работоспособности расходомера после переходного процесса, вызванного изменением параметров потока.Использование данного изобретения позволяет существенно упрощать систему регулирования при сохранении расширенного диапазона измерения расхода жидкости за счет исключения дополнительных контуров грубого отсчета. При работе на частоте модуляции предложенный расходомер позволяет ис пользовать контур точного отсчета как в режиме измерения, так и в режиме захвата требуемой частоты.Формула изобретенияУльтразвуковой расходомер, содержащий акустический преобразователь с двумя вибраторами, к которым через переключающий блок подключена цепь иэ последовательно соединенных демодулятора, фазового дискриминатора, порогового устройства, блока управления частотой, ультразвукового генератора и модулятора, к одному входу которого подключен блок синхронизации, а к другому входу - индикатор и фазовый детектор, вход которого соединен с переключающим блоком, а выход - с блоком управления частотой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения динамического диапазона, он снабжен блоком проверки динамического диапазона фазового детектора, содержащим последовательно соединенные делитель с управляемым коэффициентом деления частоты, низкочастотный генератор и эадатчик режима проверки, причем делитель включен между выходом ультразвукового генератора и управляющим входом блока синхронизации.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1. Бригер Г.И. и др. Ультразвуковые расходомеры. М.,Металлургия ,196 4, с. 307,2, Заявка Р 2130410/10,кл. С 01 Р 1/66, по которой приняторешение о выдаче авторского свидетельства.657254цю Я ЕГц пирСоставитель В, Валуев Редактор С. ХейфицТехред Н.Бабурка Корректорм, Демчик Эаказ 1777/38 Тираж 865 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул., Проектная, 4