Ультразвуковой расходомер

111)7 294 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Свюв Свввтсиих Свциалистичесиих Реслублии(22) Заявлено 14.03.78 (21) 2590236/18-1 л."б 01 Г присо ением заявкисударстееннык комитет 3) Приоритет3) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень5) Дата опубликования описания 30.04.8 53) УДК 681.121,8(54) УЛ ЪТРАЗВУКО ВО Й РАСХОДО тшени я схемаиг, 2 -Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения малых расходов.Известен ультразвуковой расходомер, построенный по схеме с фазовой компенсацией междуканальной ассиметрии, который содержит одноканальный акустический преобразователь, два ключа, управляемых схемой логики, задающий генератор с делителями частоты, два смесителя, перестраиваемый фазовый компенсатор, два фильтра низкой частоты, нуль-детектор, схему формирования счетных импульсов, подключенную к схеме совпадения, и ряд других узлов 1.Недостатками этого измерителя являются сложность схемы и необходимость ручной подстройки в процессе измерения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой расходомер, содержащий одноканальный акустический преобразователь, два входа которого соединены с выходами двух ,ключей, одни входы которых подключены к выходу задающего генератора, а другие входы - к выходу схемы логики, два смесителя, к одним входам которых подключен выход гетеродина, а выходы каждого из которых через соответствующие фильтры низкой частоты подключены к входам нуль- детектора 21. Такои расходомер имеет недостаточнуюточность измерения, что обусловлено ассиметрией каналов. Электрические сигналы,проходящие по двум каналам схемы, имей ют различную задержку ввиду разброса параметров, и при измерении малых расходоввременной интервал между принятыми импульсами соизмерим с временной ассиметрией в каналах. Кроме того, временная ас 10 симетрия приводит к тому, что градуировочная характеристика не проходит черезнуль, что затрудняет обработку результатов измерения.Целью измерения является повь е15 точности измерения.Для этого в предлагаемый расходомервведены генератор счетных импульсов, схема совпадения, реверсивный счетчик и инвертор, причем выходы двух ключей под 20 ключены к другим входам соответственнодвух смесителей, выход нуль-детектора соединен с одним входом схемы совпадения,другой вход которой подключен к выходугенератора счетных импульсов, а выход -25 к счетному входу реверсивного счетчика, выход схемы логики соединен с одним управляющим входом реверсивного счетчика ичерез инвертор - с другим управляющимвходом реверсивного счетчика,30 На фиг. 1 изображена структурнаультразвукового расходомера; на фвременные диаграммы на выходах отдельных узлов устройства.Ультразвуковой расходомер содержитодноканальный акустический преобразователь 1 с приемо-излучающими головками 2 и 3, задающий генератор 4, подключенный к входам двух ключей 5 и б, другие входы которых подключены к выходу схемы логики 7, а выходы соединены с входами акустического преобразователя 1 и входами двух смесителей 8 и 9 соответственно к другим входам смесителей подключен выход гетеродина 10, а выходы их через соот.ветствующие фильтры низкой частоты 11 и 12 подключены к входам нуль-детектора 13. Генератор счетных импульсов 14 подключен к входу схемы совпадения 15, другой вход которой соединен с выходом нуль- детектора 13. Выход схемы логики 7 соединен через инвертор 1 б с одним управляющим входом реверсивного счетчика 17 и непосредственно - с другим управляющим входом реверсивного счетчика 17, счетный вход которого подключен к выходу схемы совпадения 15.Расходомер работает следующим образом,На ультразвуковые приемо-излучающиеголовки 2 и 3 и на входы смесителей 8 и 9 подается последовательность радиоимпульсов У 8 (см. фиг. 2), полученных модуляцией синусоидального сигнала.(индекс т обозначает амплитуду сигнала),с 7, = Уз 1 п во 1задающего генератора 4 импульсами У 2, подаваемыми на ключи 5 и б (схемы совпадений) со схемы логики,-7 з - 7 ат И) З 1 П щоСигналы, поступающие на ультразвуковые головки 2 и 3, преобразуются в ультразвуковые зондирующие импульсы, которые,пройдя через контролируемый участок потока, принимаются теми же ультразвуковыми головками 2 и 3 (длительность импульсов 1 ю должна быть меньше, а период повторения Т, больше времени пробега импульсов через контролируемый участок потока) и поступают на входы смесителей 8 и9 после импульсов возбуждения У 8. Такимобразом, сигналы У 4 и У на входах сме 4сителей 8 и 9 представляют собой последовательности чередующихся возбуждающих и принятых импульсовСяа - Ь 4 о 16 (11 т 1) 81 П, Йо (1 - 1); акяб -4 о 6"1 З 1 Поо ХС 1- о / х( - ;),оа - а 16 ( 2) З 1 П юо ( 2)1 х- , -10 15 25 976 (ойдо ю 1 г)"и 1 + 1 8 а - (ЮО - Ш 1,) (о - МС 2 1 )1 где Т. - расстояние между ультразвуковымиголовками;20 С - скорость звука в контролируемойсреде;У - проекция средней скорости движения среды на направление распространения зондирующих импульсов;т 1 - задержка сигналов в элементахсхемы находящихся между ультразвуковой головкой 2 и входом смесителя 8;- задержка в акустическом преобра 30 С -озователе на пути от ультразвуковойголовки 3 к 2;т 2 и - время задержки другого каС - о35 нала.На другие входы смесителей 8 и 9 поступает синусоидальный сигнал 1.,18 с выходагетеродина 10 У 8= Увт Соз юю 1,Смесители 8 и 9 и гетеродин 10 служатдля преобразования частоты несущих колебаний сигналов /4 и У. Смесители представляют собой нелинейные элементы, навыходе которых имеются колебания комбиНаЦИОННЫХ ЧаСтОт ЮЮю+ЮЮ И Ю 1 ю - Юа таКжЕ,45 в зависимости от схемы смесителя, колебания других частот. Выходной сигнал смесителя 8 пропорционален произведениюУ 4 08, а смесителя 9 - 1.7 с 4. С выходовсмесителей 8 и 9 сигналы поступают нафильтры низкой частоты 11 и 12, с помощьюкоторых выделяются колебания разностнойчастоты юлю - о,. Сигналы с 1; и 08 на выходах фильтров 11 и 12 представляют собойединичные периоды колебаний частоты55 юлю - ю 1, так как для максимального использования возможностей расходомера обычно2 пполагают - ю.оо - отФазы этих сигналов равны60уча - ( о ш) ( Л 4 1 1)ф5твб - (о )- ф+где М о; т" и т" - задержки сигщо - гналов на участках от входов смесителей 8 и 9 до входов нуль-детектора 13.С помощью нуль-детектора 13, срабатывающего в момент прохождения сигнала через нуль с отрицательной производной во времени, сигналы У и Уз преобразуются в 0 последовательность импульсов прямоугольной формы У, состоящую из двух последовательностей Уа и Ук (нуль-детектора 13 может состоять, например, из двух усилителей-ограничителей, формирующих из от резков синусоиды прямоугольные импульсы положительной полярности, и Я - 5 триггера, срабатывающего от задних фронтов импульсов, подаваемых на его входы), Длительность импульсов в подпоследовательно сти Уюа равнат = Мг+ т",а длительность импульсов в подпоследовательности Ущ равна 25ДО(о - г) бгде т=т - т - временная ассиметрияэлектронной схемы по це пям высокой частоты;т"=т" - т" - временная ассиметрияэлектронной схемы по цепям низкой частоты.Импульсы У, и Ук попеременно откры вают схему совпадений 15, которая пропускает импульсы счета Уо, следующие с частотой с выхода генератора счетных импульсов 14 на рабочий вход реверсивного счетчика 17. Сигнал на входе реверсивного 40 счетчика 17 приведен на диаграмме Уп. Реверсивный счетчик работает в двух режимах - сложения и вычитания поступающих на его вход импульсов.В предлагаемом устройстве применена 45 наиболее распространенная схема реверсивного счетчика, имеющая один рабочий вход и два управляющих А+ и А( - ) (знак в скобках указывает на режим работы счетчика при подаче управляющего сигнала на этот вход. Поскольку вход А -соединен с выходом схемы логики 7 через инвертор 16, реверсивный счетчик 17 при счете серии импульсов Уработает в режиме вычитания, а при счете серии импульсов Ум - в режиме сложения соответствующий режиму сложения управляющий сигнал показан на диаграмме Уа) .В итоге код на выходе реверсивного счетчика равен(о - ,)т. е. не зависит от временной ассиметрииканалов электронной схемы.Формула изобретенияУльтразвуковой расходомер, содержащий одноканальный акустический преобразователь, два входа которого соединены с выходами двух ключей, одни входы которых подключены к выходу задающего генератора, а другие входы - к выходу схемы логики, два смесителя, к одним входам которых подключен выход гетеродина, а выходы каждого из которых через соответствующие фильтры низкой частоты подключены к входам нуль-детектора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор счетных импульсов, схема совпадения, реверсивный счетчик и инвертор, причем выходы двух ключей подключены к другим входам соответственно двух смесителей, выход нуль-детектора соединен с одним входом схемы совпадения, другой вход которой подключен к выходу генератора счетных импульсов, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, выход схемы логики соединен с одним управляющим входом реверсивного счетчика и через инвертор - с другим управляющим входом реверсивного счетчика.Источники информации,принятые во внимание прп экспертизе 1. Патент США3,935.735, кл. 6 01 Г 1/66, опубл. 1976.2. Патент США3.050.997, кл. 6 01 Р 1/66, опубл. 1959 (прототип) .Заказ 547/13 Изд,284 Тираж 810НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ипографня, пр. Сапунова, 2 Подписно откр ыти