Ультразвуковой измеритель давления

) Заявлено 2542.75 (23) 2302773 с присоединением заявки Гввудврвтввней вмнтвт 6 вввтв Мнннвтрвв СССР вв двлам яавбрвтвннй н вткрвпнй) Дата опублнковаии сания 08.12.7(54 АЗ ВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕН Изобретение относится к измерительнои техни. ке и может найти применение в авиационной, нефте-, перерабатывающей и химической отраслях производства для измерения давления в жидкостях и Известны ультразвуковые измерители давления, включающие генератор импульсов, излучательи приемник ультразвуковых импульсов, усилитель,схему сравнения, каскад автоматической регулировки амплитуды, интегратор и измерительныйприбор 1, 12.Недостатком известных устройств является ма.лая точность иэмеремости измеряемогоратуры,нии вследствие сильнои эависи. параметра от изменений темпетехнической сущности к льтраэвуковой измерикомпенсированы темпе. лючающнй электроакус. соединенные генератор и приемный элементы елек- одов еля, усилит ности, один нз дом усилителя между друтим каскад ходом Наиболее близким попредлагаемому являетсятель давления, в которомратурные погрешности, вктически последовательноимпульсов, излучающийакустического преобраэовтор импульсов по длнтелькоторово соединен с выхзадержки, подключенный селектора импульсов по длительности и синхро. ннзирующим выходом генератора, регулятор амплитуды импульсов, преобразователь длительности и амплитуды регулированного импульса в пропор. циональный параметр, сумматор, один иэ входов которого соединен с преобразователем регулированного импульса, преобразователь температуры контролируемой среды в пропорциональный пара. метр, подключенный ко второму входу сумматора, и регистрирующий прибор, соединенный с выходом сумматора 13,Недостатком известного устройства является большая погрешность измерений вследствие непол, ной компенсации нелинейности управляющего на. пряжения от температуры и давления в каскадах регуляторов амплитуды импульсов,Цель изобретения - увеличение точности изме. реиий в широком диапазоне температур и давлений контролйруемой среды,Поставленная цель достигается тем, что измери. тель давления снабжен селектором импульсов по времени, включенным между приемным элементом и усилителем, каскадом задержки, подключенным между вторым входом селектора импульсов по временк и синхронизирующнм выходом генератора,566155 последовательно соединеннымн между синхронизируюшим выходом генератора и регулятором амплн. туды импульсов каскадом задержки, дополнительным селектором импульсов по длительности, один из входов которого подключен к выходу усилителя, преобразователем длительности импульса в про. порцнональный параметр, и делителем, например аналоговым, а также каскадом опорного напряже. ния, подключенным к входу делителя.На чертеже изображена структурная схема пред. лагаемого ультразвукового измерителя давления.Измеритель давления содержит генератор 1 импульсов, излучающий элем чт 2 и приемный элемент 3 акустического преобразователя, селектор 4 импульсов по времени, каскад 5 задержки, усиля. тель 6, селектор 7 импульсов по длительности, каскад 8 задержки, регулятор 9 амплитуды импульсов, каскад 10 задержки, селекгор 11 импульсов по дли. тельности, преобразователь 12 длительности селек. тированного импульса в пропорциональный пара-; метр, делитель 13, каскад 14 опорного параметра, преобразователь 15 длительности и амплитуды ре гулированного импульса в пропорциональный параметр, сумматор 16, преобразователь 17 температу. ры контролируемой среды в пропорциональный параметр, регистрирующий прибор 18.Устройство работает следувицим образом.Генератор 1 импульсов вырабатывает периодическую последовательность либо коротких имнульсов, представлякнцих собой видеоимпульсы, либо радиоимпульсов, представляющих собой отрезки гармонических колебаний, С выхода. генератора электрические импульсы поступайт на излучающий элемент 2 акустического преобразователя, где про. исходит преобразование их в ультразвуковые импульсы, проходящие через материал излучающего элемента, стенки контролируемого трубопровода, резервуара или сосуда, контролируемую среду, ма. териал приемного элемента 3. В приемном элементе акустического преобразователя происходит обратное преобразование ультразвуковых импульсов вэлектрические.Акустический преобразователь может быль выполнен бесконтактным или контактным по отноше. нию к контролируемой среде и, кроме того, он может быль выполнен двухсторонним с расположением приемного и излучающего элемента на противоположных стенках трубопровода, резервуара. или односторонним с расположением приемного и излучающего элементов на боковой стенке трубаарово. да или резервуара по образующей. При использова. иии двухстороннего акустического преобразователя ввод ультразвуковых колебаний может быль как нормальным, так и угловым; в одностороннем двухэлементном акустическом преобразователе ввод будет только угловым с приемом Отраженных от противоположной стенки ультразвуковых им.пульсов. В обоих типах акустических преобразователей должно обесаечиваться прохождение ультразвуковых импульсов через контролируемую среду 4Принятые импульсы поступают на вход селектора 4 импульсов по времени, С синхронизирующего выхода генератора снимают импульсы, начало которых совпадает с началом или концом видеоимпуль. сов или радиоимпульсов, подаваемых на излучающий элемент. Синхрониэирующие импульсы поступают на каскад 5 задержки, где формируются селекторные импульсы, задержанные относительно моментов излучения на время, меньшее времени прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду. В качестве элемента за. держки, на который подаются синхронизирующи импульсы, можно использовать линию задержки, ждущнй мультивибратор, ждущий блокинг-генератор, а в качестве формирователя задержанного импульса - последовательно соединенный с элемен. том задержки ждущий мультивибратор или ждущий блокннг.генератор. Длительность селекторного импульса берется большей длительности излучаемого импульса и достаточной для пропускания принятых импульсов врез селектор импульсов по времени в течение времени его действия. Другим вариантом формирования селекторных импульсов в каскаде задержки 5 могут быть импульсы, продолжающиеся в течение периода следования излучаемых импульсов, за исключением интервала времени, соответствующего приему прошедших через контролируемую среду импульсов. В качестве селектора импульсов по времени может быть использован электронный ключ или усилитель, коэффициент усиления которого меняется скачкообразно селекторными им. пульсами, Селектор импульсов во времени пропус. кает на вход усилителя 6 импульсы, прошедшие через контролируемую среду от излучающего до приемного элементов акустического преобразова. теля, и не пропускает импульсы, появляющиеся в цепи приемного элемента за счет наводок с цепей генератора или за счет многократных отражений ультразвуковых импульсов от металлических стенок, Селектнрованные импульсы поступают на вход усилителя 6, где они усиливаются и нормируются по длительности, например, с помощью широкополосного и резонансного усилителя с усилителемОграничителем или триггером Шмитта, нли ждущим мультивнбратором, илн ждущим блокинг.генератором в выходном каскаде, Усиленный и сформи. рованный сигнал поступает на вход селектора 7 импульсов по длительности, на другой вход которо. го подается с каскада 8 задержки селекторный импульс задержанный отноательно момента излучения. В качестве элемента задержки, на который подаются сннхрониэирующие импульсы с синхрони. зирующего выхода генератора, можно использовать линию задержки, ждущий мультивибратор, ждущий блокииг-генератор, а в качестве формирователя задержанного импульса-последовательно соединенный с элементом задержки ждуций мультивибратор или Идущий блокинг.генератор, В селекторе формируется импульс, длительность которого опредеш,зтся разностью моментов появления переднихили задних фронтов селекторного и усиленного импульсов или их различных комбинаций, например переднего фронта селекторного импульса и заднего фронта усиленного н так далее. При этом длительность сформированного щипульса должна равняться приращению времени прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду при изменении ее температуры или давления, относительно выбранного времени прохождения ультразвуковых импульсов от излучающего до приемного элементов при определенных условиях, например нулевых, когда давление и температура равны нулю. Выбранное время устанавливается с помощью каскада 8 задержки, В выходном каскаде селектора импульсов по длительности производится нормирование амплитуды селектнрованного им. пульса амплитудным ограничителем. Селектирован. ный импульс поступает на регулятор 9 амплитуды импульсов, где его амплитуда меняется пропор. ционально управляющему направлению. С синхро. низирующего выхода генератора синхронизирую. щие импульсы поступают на каскад 10 задержки, где производится задержка и формирование задер жанного импульса. В качестве элемента задержки, на который подаются сиихронизнрующие импульсы, можно использовать линию задержки, ждущий мультивибратор или ждущий блокинг.генератор, а в качестве формирователя задержанного импульса - последовательно соединенный с элементом за. держки ждущий мультивибратор или ждущий бло. кинг. генератор. Сформированные импульсы посту. пают на селектор 11 импульсов по длительности, где формируются импульсы, длительность которых равна времени прохождения ультразвуковых им. пульсов через контролируемую среду, для чего время задержки выбирают равным ", временипр - хождения ультразвуковых импульсов через излу. чающий и приемный элементы акустического преобразователя и две стенки контролируемого трубопровода или сосуда, В выходном каскаде селектора импульсов по длительности производится форми. рование амплитуды селектированных импульсов амплитудым ограничителем. Сформированный импульс поступает на преобразователь 12 длительности селектированного импульса в пропорциональный параметр, например напряжение. При выборе в качестве параметра напряжения, в качестве преобразователя длительности селектированного иьитуль. са необходимо взять интегратор, прн выборе частоты следования импульсов илн частоты переменного напряжения последовательное соединение ннтегра. тора с преобразователем аналога. частота, при выбо. ре кода - последовательное соединение интегратора с преобразователем аналог - код, при выборе числа импульсов в течение длительности селектнроваина. го импульса - генератор импульсов, отпираемый сформированным импульсом, После интегрирова. ния селектированного импульса напряжение, пропорциональное длительности входного импульса, поступает на делитель 1 Э. В качестве делителя при выборе параметром напряжения можно применить аналоговый делитель. Тогда в качестве каскада 14опорного параметра, соединенного с другим входом делителя, можно использовать источник постоянно. го опорного напряжения, номинал которого можно менять в процессе настройки, так как его величина влияет на чувствительность измерителя давления. Прв выборе других параметров в качестве делителя нужно использовать цифровой делитель, подавая на другой его вход соответствующий выбранному опорный параметр. Таким опорным каскадом может бьггь генера.тор, в котором число импульсов, частота следова иия импульсов или импульсный код остаются неиз.менными в процессе измерений. Напряжение, обратно пропорциональное времени прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, с выхода делителя подается на управляющий вход 2 О автоматического регулятора амплитуды, где ампли.туда селектированных импульсов меняется пропорционально управляющему напряжению. При исполь.зовании другого параметра на выходе делителя должен быть установлен цреобраэователь выходно.25 го параметра в управляющее напряжение. В качест.ве автоматического регулятора амплитуды можно испольэовать, например, транзисторный или диод.ный ограничитель с регулировкой уровня ограни.чения, Регулированиые нмьульсы поступают на пре. зо образователь 15 длительности и амплитуды регули.рованного импульса в пропорциональный параметр, например напряжение. При выборе в качестве пара.метра напряжения, в качестве преобразователя дли.тельности и амплитуды регулированного импульса 35 в пропорциональный параметр использован инте.гратор, при выборе частоты переменного напряжения или частоты следования импульсов - последовательное соединение интегратора и преобразова.теля аналог-частота, при выборе импульсного кода 40 - последовательное соединение интегратора и преобразователя аналог-код. Сформированный пара.метр, пропорциональный длительности и амплитуде регулированного импульса, поступает на вход сумматора 16, Другой вход сумматора соединен с пре образователем 17 температуры контролируемойсреды в пропорциональный параметр, в качестве которого могут быль использованы термопара и соединенный с ней усилитель постоянного тока при выборе параметром напряжения, или термопара и 50 преобразователь аналог-частота при выборе частотыпеременйого напряжения, частоты следования им.пульсов, или термопара и преобразователь аналогкод при выборе импульсного кода. В соответствии с выбранным параметром для суммирования может чч быть выбран аналоговый или цифровой сумматоры.С выхода сумматора параметр, пропорциональный давлению, поступает на регистрирующий прибор 18, в качестве которого может быль использован электронэмерительный прибор, цифровой измери.60 тельный прибор или цифровои индикатор, Изменения температуры контролируемой среды при неизменном давлении вызывают изменения времени прохождения ультразвуковых импульсов через среду. После усиления и формирования при нятых импуЛьсов в селекторе 7 импульсов по дли тельности получают импульс, длительность кото.рого равна приращению времени прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, а в селекторе 11 импульсов по длитечьности получают импульс, длительность которого равна 1 О времени прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, В каскаде автоматической регулировки амплитуды регулируют ампли.гуду импульсов параметром, . пропорциональным времени прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду так, что исключается нелинейность зависимости параметра пропор.пионального приращению времени прохождения ультразвуковых импульсов от температуры. В сум.маторе происходит компенсация параметра, про.порционального амплитуде и длительности регули рованного импульса параметром пропорциональным температуре. При этом показания прибора остаются неизменными.25Изменения давления контролируемой среды при неизменной температуре вызывают изменения времени прохождения ультразвуковых импульсов через среду. После усиления, формирования и се. лектировання принятых импульсов по длительности зо регулируют амплитуду импульсов параметром, про. порциональным времени прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду.гвгулнровку амплитуды импульсов осуществляют так, что исключается нелинейность зависимости 35 параметре, пропорционального приращению вре. мани прохождения ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, от давления, Получен.ное приращение араметра, пропорционального амплитуде и длительности регулнрованного нм пульса, в сумматоре не компенсируют, ввиду по.стоянства температуры контролируемой среды. Это приращение через сумматор поступает на регистриРующий прибор, Таким образом, показания прибо.: ра будут линейно эависить от давления н не будут 45 завнсить от температуры контролируемой среды.Предлагаемое устройство позволит в 4 - 5 раз повысить точность измерений по сравнению с известными, причем при использовании акустнческо.го преобразователя с нормальным вводом ультра звуковых импульсов погреивость измерений предлагаемого устройства будет меньше на 30-40% посравнению с акустическим преобразователем с угловым вводом ультразвуковых импульсов,Формула изобретенияультразвуковой измеритель давления, включающий электроакустнчески последовательно соединенные генератор импульсов, излучающий и приемный элементы акустического преобразова. теля, усилитель, селектор импульсов по длитель ности, один из входов которого соединен с выхо. дом усилителя, каскад задержки, подключенный между другим входом селектора импульсов по длительности и синхронизирующим выходом гене. ратора, регулятор амплитуды импульсов, преобра. зователь длительности и амплитуды регулированного импульса в пропорциональный параметр, сумма. тор, один из входов которого соединен с преобразо. вателем регулированного импульса, преобразова. тель температуры контролируемой среды в пропор. циональный параметр, подключенный ко второму входу сумматора, и регистрирующий прибор, соединенный с выходом сумматора, отличающийс я тем, что, с целью увеличения точности измерений в широком диапазоне температур и давлений контролируемой среды, он снабжен селектором импульсов по времени, включенным между приемнымм элементом н усилителем, каскадом задержки, подключенным между вторым входом селектора импульсов по времени и синхронизирукицим выходом генератора, последовательно соединенными между синхронизирующим выходом генератора н регулятором амплитуды импульсов каскадом задержки, дополнительным селектором импульсов по длительности, один из входов которого подключен к выходу усилителя, преобразователем длительности импульса в пропорциональный параметр, и делителем, например аналоговым, а также каска. дом опорного параметра, подключенным к входу делителя.Источники информации, принятые во внимание лрн экспертизе:1. Патент США Но 3504546, кл. 73 - 388, опубл. 1968,2, Авторское свидетельство М 308299, кл. 0 С 1 1. 11/00, 1772.3. Авторское свидетельство Мф 522497, кл. 6 О 111/00, 1975.566155 Составитель Е, ЛитвиновТехред; я, Андрейчук Корректор Н. Ковалева ктор Т. Иванов Заказ 2393/29ЦНИИП ППП "Патент", г, Уагород. ул. Проектнаа, Ф Тнраа 101 Государственного комит до делам нзобрепн 13033, Месиаа, Ж, РаПодписноеета Совета Министров СССРи открапндшскаю набд. 4/3