Ультразвуковой частотно-временной расходомер

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОВСКРМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ пц 864011(з 01 Е 1/66 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А.Ш.Киясбейли, А.М. Измайлов и В,М.Гуревич Специальное конструкторское бюро Нефтехимприбор(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОЙ РАСХОДОМЕР Изобретение относится к контрольнб измерительной технике, в частности к, измерению расхода жидких или газообразных сред.5Известны ультразвуковые частотно- временные расходомеры, основанные на измерении разности частот двух управляемых генераторов, периоды колеба" ний которых устанавливаются кратным временам прохождения ультразвуковых импульсов через измеряемую среду в чапранлении.потока и против 1 и 2Недостатком частотно"временных ультразвуковых расходомеров является значительная пульсация аналогового 15 выходного сигнала измерительной информации, являющаяся следствием сверх высокого быстродействия таких расходомерон, реагирующих практически на все флуктуации скорости потока 20 измеряемой среды, составляющих до 5 от текущего значения расхода.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой частотно-временной рас 25 ходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с днумя приемо- передающими пьеэопреобразователями, коммутатор, дискриминатор времени, формиронатель возбуждающих сигналовк 30 первый и нторой управляемые генераторы, первый и второй дифференциаль-, ные интеграторы, блок выделения разности сигналов, преобразователь частота- напряжение и индикатор, причем коммутатор соединен с преобразователями, Формирователем ноэбуждающих сигналов, первым и вторым управляемы ми генераторами и входом дискриминатора времени, первые и вторые выходы которого соединены с соответствующими выходами дифференциальных интеграторов, входы управляемых генераторов соединены с соответствующими выходами. дифференциальных интеграторов а их выходы - с блоком выделения разностного сигнала, выход которого соединен со входом преобразователя частота-напряжение 3(Недостатком этого расходомера является малая точность измерений, вследствие неустойчивой работы в зависимости от режима потока.Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой частотно-временной расходомер снабжен первым и вторым триггерами, соединенными с соответствующими выходами дискриминаторавремени, ттервым и вторттм дискримттнаторами ллиельности импульсов,соединенными с. соответствующимитриггерами, с;хемой совпадения, первыйи второй входы которой соединены свыходами дис:криминаторов длительностиимпульсов, и аналотовым ключом, входкоторого соединен с; выходом схемысовпадения, а выходы соединены с преобразователем частота-напряжеие, выход которого соединен с индикатором,На чертеже ттриведена блок-схемаультразвутсового час:тотно-временногорасходомера.Расходомер состоит из измерительного участка трубопровода 1 с вмонтированными приемо-передающими преобразователями 2 и 3, Формирователя возбуждающих сигналов 4 дискриминаторавремени 5, первого и второго дифференциальных интеграторов 6 и 7, первого и второго управляемых генераторов 2 О8 и 9, коммутатора приемных и передающих сигналов 10, первого и второготриггеров )1 и 12, первого и второгодискриминаторов длительности импульсов 13 и 14, блока выделения разностисигнала 15, схемы совпадения 16, аналогового ключа 17, преобразователячастота-напряжение 18 и индикатора19.Предлагаемый расходомер работаетв два такта"по потоку" и"против потока измеряемой среды.Б зависимости от такта на формирователь возбуждающих сигналов 4 поступают поттеременно последовательностиимпульсов от управляемых генераторов З 58 и 9, один из которых его запускаетПри работе по потоку один изимпульсов последовательности управляемого генератора 8 поступает на входФормирователя 4. Коммутатор 10 на- Щправляет возбуждающий импульс Формирователя на преобразователь 2, работающий в этом такте в качестве излучателя и преобразующий последний взондирующий импульс ультразвуковыхколебаний, распространяемый в измеряемой среде по направлению потока.Пройдя измеряемую среду, зондирующийультразвуковой импульс поступает напьеэопреобразователь 3, работающий врассматриваемом такте в качестве приемника и преобразующий ультразвуковойимпульс в электрический, канализируемый коммутатором 10 на дискриминаторвремени 5, Одновременно на последнийнаправляется последовательность импульсов управляемого генератора 8.Интервал времени между подачей импульса на Формирователь возбуждающихсигналов 4 и моментом регистрации приемного сигнала преобразователем 3 6 Осравнивается дискриминатором времени5 с периодом колебаний управляемого"генератора 8, Длительность упомянутого интервала времени должна строгосоответствовать определенному числу 1 с тгио/тов чттс "оти ут,авлттс.мого тене -тратотра 8, большему единицы. Э го дос: -тигается путем выработки дискриминатором 5 импульсных воздействий,изменяющих напряжение на выходе дифференциального интегратора 6 в сторону увеличения или уменьшения. Генератор 8 управляемый выходным напряжением дифференциального интегратора 6,имеет два режима работы: режим поиска,когда импульсные воздействия следуютлишь по одному из каналов и режим слежения, когда наблюдается чередованиеимпульсных воздействием по обоим каналам.При этом, режим поиска генераторавозникает при переходном процессев потоке измеряемой среды(скачкообразное увеличение или уменьшение расхода)а режим слежения наблюдаетсяв случае установившегося расхода измеряемой среды. Упомянутые импульсныевоздействия поступают на выходы триггера )1 и вызывают на его выходе импульсные сигналы, которые воспринимаются дискриминатором длительностиимпульсов 13,В установившемся режиме работы расходомера на выходе дискриминатора 13действуют сигналы небольшой дальности, поэтому на его выходе возникаетзапрещающий логический уровень, который поступает на первый вход схемысовпадения 16. При наличии на ее втором входе также запрещающего логического уровня на выходе устанавливаетсянизкий логический уровень, поступающий на управляющий вход аналоговогоключа 17. При этом выходные контактыаналогового ключа, поступающие напреобразователь частота-напряжениеи модулирующие постоянную времениего фильтра низких частот, находятсяв разомкнутом состоянии и упомянутыйфильтр обладает максимально возможной постоянной времени, стремящейсяк бесконечности.На практике ограничиваются постоянные времени равной 100-200 с достаточной для усреднения флуктуаций выходного напряжений (тока), вызванныхтурбулентными пульсациттми в потоке.В переходном режиме работы расходомера при скачкообразном увеличениипотока на выходе дискриминатора 13действует сигнал большой длительностиравный интервалу времени переходногопроцесса и приводящий к появлению наего выходе разрешающего логическогоуровня. На выходе схемы совпаденияпоявляется высокий логический уровень, открывающий аналоговый ключ,При замкнутых контактах аналоговогоключа фильтр низких частот преобраэо.вателя частота-напряжение обладаетминимально возможной постоянной времени, стремящейся к нулю, что обеспечивает быстрое изменение выходногонапряжение (тока) преобразователя.В такте против потока работа расходомера аналоги ная с той разницей,что в качестве излучателя работаетпреобразователь 3, а в качестве приемника преобразователь 2, выходным сигналом Формирователя 4 служит импульспоследовательности управляемого генератора 9, изменения частоты которого производится импульсными воздействиями дискриминатора времени 5 чередование импульсов которого по обоимканалам соответствует установившемуся режиму, а их следование по одномуиэ каналов переходному режиму,В установившемся режиме чередование импульсных воздействий дискриминатора 5 приводит к режиму слежениядифференциального интегратора 7 иработе ВЯ-триггера 12, вызывающей навыходе дискриминатора длительностиимпульсов 14 появление запрещающегосялогического уровня, поступающего на 20второй вход схемы совпадения 16выход которой управляет аналоговымключом 17.В переходном режиме при скачкообразном уменьшении тока на выходе 25ВЯ-триггера 12 появляются сигналыбольшой длительности, вызывающие навыходе дискриминатора 14 разрешающийлогический уровень, который черезсхему совпадения 16 открывает анаФоговый ключ 17, изменяющий постояннуювремени фильтра низких частот преобразователя частота-напряжение до минимально-возможной величины.Таким образом, предлагаемый адаптивный ультразвуковой расходомер вустановившемя режиме обладает большойпостоянной временипозволяющей сглаживать флуктуации выходного напряжения (тока) под действием турбулентныхпульсаций потока, а в переходном режи ме при скачкообразных увеличении илиуменьшении потока имеет постояннуювремени равную нулю, при которой расходомер обладает минимальными динамическими погрешностями. 45Формула изобретенияУльтразвуковой частотно-временнойрасходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с,двумя приемно- передающими преобразователями, коммутатор, дискриминатор времени, Формирователь возбуждающих сигналов, пер" вый и второй дифференциальные интеграторы, первый и второй управляемые генераторы, блок выделения разностногО сигнала, преобразователь частота- напряжение и индикатор, причем коммутатор соединен с преобразователями, формирователем возбуждающих сигналов, первым и вторым управляемыми г нера" торами и входом дискриминатора времени, первле и вторые выходы которого соединены с соответствующими дифференциальными интеграторами, входы управляемых генераторов соединены с соответствующими выходами дифференциаль= ных интеграторов, а их выходы - с блоком выделения разностного сигнала, выход которого соединен со входом преобразователя частота-напряжение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен первым и вторым триггерами, соединенными с соответствующими выходами дискриминатора времени, первым и вторым дискриминаторами длительности импульсов, соединенными с соответствующими триггерами, схемой совпадения, первый и второй входы которой соединены с выходами дискриминаторов длительности импульсов, и аналоговым ключом, вход которого соединен с выходом схемы совпадения, а выходы соединены с преобразователем частота-напряжение, выход которого соединен с индикатором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССРР 523285, кл. С 01 Г 1/66, 19762. Авторское свидетельство СССР Р 572648, кл. С 01 Р 1/66, 19773. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества, М., фМашиностроение, 1975, с. 536-539 (прототип).)58/5811 ИИПИ Гопо дел13035, М Тираж 705 сударственного комитета ам изобретений и открыти осква, Ж, Раушская нЗаказ Подписное Р д. 4/ филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул ктна Составитель Е.ЛитвиновРедактор А,ДОлинич Техред А, Савка