Ультразвуковой расходомер

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ 1 ц 853397(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 15. 05.79 (23) 2767892/18-10 с присоединением заявки Ио -(51)М. Клз6 01 Р 1/66 С 01 Р 5/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторыизобретения А.Ш,Киясбейли, Э.М.Гаджиев, И,Г.Фарадж-заде, А.М.Измайлов и В.М,Гуревич Специальное конструкторское бюро "НефтехимприборфР( 54 ) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР 20 25 30 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода или количества.Известны ультразвуковые расходомеры, содержащие генератор зондирующих импульсов, два обратимых электро- акустических преобразователя, коммутатор направлений, блок обработки сигналов и блок регистрации 11.Недостатком таких устройств является значительная погрешность измерений.Наиболее близкое к изобретению техническое решение - ультраэвуковой расходомер, содержащий два приемо- передающих пьезопреобразователя, к одному из которых подключены выход формирователя зондирующих импульсов и первый вход аналогового коммутатора, второй вход которого подключен к второму пьезопреобраэователю, управляющий вход аналогового коммутатора соединен с управляющими входами двух коммутаторов слежения, а выход аналогового коммутатора через усилитель-формирователь подключен к первому входу дискриминатора времени, два выхода которого соединены с соответствующими входами коммутаторов слежения, измеритель разностной . величины и индикатор 121.Недостатком этого устройства является недостатачно высокая точность измерений расхода вследствие погрешностей измерений по потоку и против потокр,.(Цель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый расходомер введены задающий генератор, втброй формирователь зондирующих импульсов, элемент ИЛИ, преобразователь "напряжение-длительность" с обратно пропорциональной зависимостью, второй аналоговый коммутатор и два дифференциальных интегратора, вйходы которых подключены к первому и второму входам измерителя разностной величины и второго аналогового коммутатора, связанного с задающим генератором, прямой и инверсный выходы которого подключены к входам первого и второго формирователей зондирующих импульсов, выход второго формирователя зондирующих импульсов подключен к второму входу первого аналогового коммутатора и первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен+ ЧсоьА к первому входу первого аналогового коммутатора, а выход элемента ИЛИ подключен к запускающему входу преобразователя "напряжение-длительность", управляющий вход которого подключен к выходу второго аналогового коммутатора, а выход указанно 5 го преобразователя подключен к второму входу дискриминатора времени.На чертеже изображена структурная схема предложенного ультразвукового расходомера.Расходомер содержит измерительный участок трубопровода 1 с вмонтированными под некоторым углом к потоку приприемо-передающими пьезопреобразователями 2 и 3, формирователь 4 зондирующих импульсов, задающий генератор 5, Формирователь б зондирующих импульсов, элемент ИЛИ 7, первый и второй аналоговые коммутаторы 8 и 9 соответственно, преобразователь 10 20 "напряжение-длительность" с обратно пропорциональной зависимостью между управляющим напряжением и длительностью выходного импульса, дискриминатор 11 времени, усилитель-Формирователь 12 приемных сигналов, коммутатор 13 слежения, дифференциальные интеграторы 14 и 15, коммутатор слежения 16, измеритель 17 разностной величины и индикатор 18.,Предлагаемое устройство работает следующим образом. В такте "по потоку" импульс с прямого выхода задающего генератора 5 возбуждает формирователь 4, который посылает зондирующий импульс на пьезопреобразователь 2, работающий в этом такте в качестве излучателя. Одновременно задающий генератор 5 подготавливает первый аналого вый коммутатор 8 к приему ультразвуковых колебаний с пьезопреобраэователя 3, работающего в этом такте в качестве приемника, коммутатор слежения 13 и второй аналоговый коммутатор 9, обеспечивающий поступление напряжения с выхода дифференциального интегратора 14 на управляющий вход ждущего преобразователя 10 "напряжение - длительность" с обратно пропорциональной зависимостью, на запускающий вход которого поступает импульс Формирователя 4 через элемент ИЛИ 7.Таким образом, запуск преобразователя 10 производится в момент прихода зондирующего импульса на пьеэопреобразователь 2 и электрические задержки включения, присущие формирователям зондирующих импульсов, а также иэ нестабильности, на измерение 60 времени распространения ультразвуковых колебаний влияния не оказывают.Длительность интервала времени с , формируемая на выходе преобразователя 10, связана с напряжением Ч 45 на его входе, поступающим с выхода дифференциального интегратора 14, зависимостьК0где К - коэффициент пропорциональности.На первый вход дискриминатора времени 11 через первый аналоговый коммутатор 8 и усилитель-формирователь 12 поступает приемный сигнал с пьезопреобраэователя 3. На второй вход дискриминатора 11 поступает импульс с выхода. преобразователя 10.Дискриминатор времени сравнивает спад импульса преобразователя 10 с моментом регистрации приемного сигнала усилителем-формирователем 12 и в зависимости от их временного расположения вырабатывает сигналы опережения или отставания, которые через коммутатор слежения 13 поступают на входы дифференциального интегратора 14 и изменяют напряжение на его выходе до такого значения, при котором длительность выходного импульса преобразователя 10 будет равной времени прохождения ультразвуковых колебаний "по потоку". где С - групповая скорость распространения ультразвуковыхколебаний в измеряемой среде;Ч - средняя скорость потока- расстояние между пьезопреобраэователями 2 и 3;с(. - угол между осью пьеэопреобраэователей и вектором средней скорости потока.При этом условии напряжение на выходе интегратора 14 будет равно В такте "против потока" работа расходомера аналогична, с той разницей, что инверсный выход генератора 5 возбуждает формирователь б, который посылает зондирующий импульс на пьезопреобразователь 3, работающий в этом такте в качестве излучателя, первый аналоговый коммутатор 8 подготавливается генератором 5 к приему ультразвуковых колебаний с пьеэопреобразователя 2, работающего в качестве приемника, второй аналоговый коммутатор 9 подготавливается для поступления напряжения с выхода дифференциального интегратора 15 на управляющий вход преобразователя 10, на запускающий вход которого поступает импульс формирователя б через элемент ИЛИ 7.На первый вход дискриминатора 11 времени через аналоговый коммутатор8 и усилитель-Формирователь 12 поступает приемный сигнал с пьезопреобразователя 2, а на второй вход дискриминатора поступает импульс с преобразователя 10, длительность которого сравнивается дискриминатором с моментом регистрации приемного сигнала.Сигналы отстаивания или опережения через коммутатор 16 слежения, подготавливаемый в этом такте генерато" ром 5, поступают на входы дифференциального интегратора 15 и изменяют напряжение на его выходе, при кото- ром длительность импульса на выходе преобразователя 10 будет равной времени прохождения ультразвуковых коле-баний "против потока":сС Чс 050(.20При этом условии напряжение навыходе интегратора 15 равноС Чс 05 А225Разность. напряжений О и 02 на выходах дифференциальных интеграторов 14 и 15 определяется измерите" лем разности величины 17ЗО2 КС 050 СЭта величина, регистрируемая индикатором 18,является мерой расхода, так как .Ч = К (Ц-и),где К - коэффициент пропорциональности,Расход измеряют по разности напряжений двух интеграторов с выходными напряжениями, устанавливаемымикоммутаторами слежения таким образом,что времена распространения ультразвуковых колебаний в направлении потока и против равны длительностямуправляемого поочередно интеграторами ждущего преобразователя "напряжение-длительность" с обратно пропорциональной зависимостью. 50В предложенном расходомере исключаются влияние времен электрическихзадержек в формирователях зондирующих импульсов и их нестабильностейна метрологические характеристикирасходомера, а также увеличиваютсяточности измерения времен распространения ультразвуковых колебаний попотоку и против за счет примененияодного измерителя времени для двухнаправлений зондирования. Кроме того, отказ от управляемых генераторов, характерных для аналогичныхустройств, позволяет производить измерения малых расходов жидкостей, а применение задающего генератора позволяет в одном конструктивном исполнении легко менять частоту зондирования, то есть постоянную времени прибора, и переходить от работы на установившихся потоках к пульсиРующим и наоборот.формула изобретенияУльъразвуковой расходомер, содержащий два приемо-передающих пьезопреобраэователя, к одному иэ, которых подключены выход Формирователя зондирующих импульсов и первый вход аналогового коммутатора, второй вход которого подключен к второму пьеэопреобраэователю, управляющий вход аналогового коммутатора соединен с управляющими входами двух коммутаторов слежения, а выход аналогового коммутатора через усилитель-Формирователь подключен к первому входу дискриминатора времени, два выхода которого соединены с соответствующими входами коммутаторов слежения, измеритель разностной величины и индикатор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерения, в него введены задающий генератор, второй формирователь зондирующих импульсов, элемент ИЛИ, преобразователь "напряжение-длительность" с обратно пропорциональной зависимостью, второй аналоговый коммутатор и два дифференциальных интегратора, выходы которых подключены к первому и второму входам измерителя разностной величины и второго аналогового коммутатора, связанного с задающим генератором, прямой и инверсный выходы которого подключены ко входам первого и второго формирователей зондирующих импульсов, выход второго формирователя.эоидирующих импульсов подключен к второму входу первого аналогового коммутатора и первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому входу первого аналогового коммутатора, а выход элемента ИЛИ подключен к запускающему входу преобразователя "напряжение-длительность", управляющий вход которого подключен к выходу второго аналогового коммутатора, а выход указанного преобразователя подключен к второму входу дискриминатора времени.источники информации,принятые во внимание,при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 494693, кл.6 01 Р 5/00, 1976.2. Авторское свидетельство по заявке 9 2705045/18-10, кл.С 01 Г 1/66,1978 (прототип).853397 Составитель И.Засядниковдактор О.филиппова ТехредМ, Рейвес Корректор Г, Решетни 0 Заказ 4/ филиал ППП "Патентф, г;Ужгород, ул, Проектная, 4 19/13 Тираж ВНИИПИ Государствепо делам изобрете 3035, Москва, Е 35 ного комите ний и откры Раушская н ПодписноеСССРй