Ультразвуковой расходомер

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республикт, саид-ву1) 2592783/18"10 Нов присоединением зая арственныи комитетСССРелам изобретенийи открытий о.П. НаумчЪ.д. Авторьобрете ал,специального конструкторского бюрефтепереработке и нефтехимии Куйбышевский Филипо автоматике в 71) Заявител(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕ хро 5 ше хо(61) Дополнительное к а (22) Заявлено 20.03.78 ( Изобретение относится к иэмери" тельной техиике и может быть испоЛь". эовано для определения расхода в ,нефтепереработывающей, нефтехими , ческой, химической и других отрас" лях,промышленности.Известен ультразвуковой расходомер 13, содержащий одноканаль" ный акустический преобразователь и схему измерения, включающую усилители, генератор, два одновибратора, умножитель частоты, расшири" тель интервалов времени и цифровой измеритель расширенных интервалов времени. -15Недостатки известного расходомера обусловлены тей, что возбуждение колебаний в синхрокольцах обеспечивается эа счет Флуктуаций напряжения питания или приема случайных 20 акустических сигналов, вследствие чего срывы колебаний из-за внешних воздействий могут привести к остановке процесса измерения, В резуль-" тате снижаетсяпомехоустойчивость " 2 работы измерителя.Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой расходомер 21, содержащийодно- . канальный акустический преобраэо-30 ватель, два пьезоэлемента которого соединены С выходами двух соответст". вующих генераторов зондирующих импульсов и входами двух соответствующих ключей,. выходы ключей через схему ИЛИ подключены к входу усилителя- Формирователя, выход которого через вторую схему .ИЛИ подключен к входу схемы управления, сигнальный выход которой соединен с входами двух схем Иа два управляющих выхода которой соединены соответственно с другими входами двух схем И и управляющими входами двух ключей, выходы двух схем И подключены к входам соответствующих генераторов зондирую- щих импульсов и через схему выделения разностной частоты - к частотомеру.В этом расходомере также низка помехоустойчивость работы из-эа случайных срывов автоколебаний в син кольцах,Целью изобретения является повыние помехоустойчивости работы расдомера.Поставленная цель достигается тем, что расходомер снабжен схемой автоматического запуска, содержащий интегратор, два инвертора, автогенератор, три схемы ИЛИ-НЕ, тритриггера, три схемы И-НЕ, пять формирователей импульсов, сигйализаторсбоя и одновибратор, причем выходинтегратора через первый инверторподключен к управляющему входу авто-,генератора и через первую схемуИЛИ-НЕ - к входу установки единицып 6 рвоготриггера, прямой выход которого соединен с входом первой схемы И-НЕ,- другой вход которой подключен к выходу автогенератора,вход установки нуля первого триггера подключен к выходу второй схемы ИЛИ-НЕ, один вход которой соединенс выходом первого формирователя импульсов, а другой вход - с выходом второй схемы И.-НЕ, у которойодин вход соединен с выходом первой схемы И-НЕ и входом первогоформирователя импульсов, а другой " вход подключен к выходу третьей .схемы ИЛИ-НЕ, входы которой соединены с выходами второго и третьегоормирователей импульсов,включенных Навыходах второго триггера,.входы триггера соединены с. входамисоответствующих генераторов зондирую"щих импульсов, выход первой схемыИ-НЕ через второй инвертор и четвертый формирователь импульсов, а также через первый формирователь импульсов подключен к двум входам второй схемы ИЛИ и непосредствейно -к входу сигиализатора сбоя, выход "автогенератора соединен с входомодновибратора, выход которого пддключен к входу третьей схемы И-НЕи через трэтий инвертор, пятый формирователь импульсов, третий триггерподключен кдругому входу третьейсхемы ИЛИ-НЕ, вход установки нулятретьегго триггера соединен с входомустановки нуля первого триггера, авыход третьей схемы И-НЕ соединенс вторым входом первой схемы ИЛИ-НЕ,На фиг. 1 представлена блок-схе" ма ультразвукового расходомера; на фиг. 2: - эпюры напряжения йа отдельных узлах схемы. Ультразвуковой расходомер содержит одноканальныйакустический преобразователь 1, двапьезоэлемента 1.1 и 1.2 которого соединены с выходами двух соотВетствую. щихгенераторов зондирующйх импульсов 2,1 и 2,2 и входами двух соответствующих ключей 3.1 и 3.2, выходыкоторых через схемы ИЛИ 4.1 и 4.2 иусилитель-формирователь 5 подключенык входу схемы управления б, сигнальный выход которой соединен с входамидвух схем И 7.1 и 7,2, а два управляющих выхода которой соединены соответственно с другими входами двухсхем И 7.1 и 7.2 и управляющими входами двух ключей 3.1 и 3.2, выходы двух схем И 7.1 и 7.2 подклю- чецы к входам соответствующих генераторов зондирующих импульсов 2.1 и2.2 и через схему выделения разност.- ной частоты 8 - к частотомеру 9,а также схему автоматическбго запуска,содержащую интегратор 10, выходкоторого через первый инвертор 11.1подключен к управляющему входу автогенератора 12 и через первую схему ИЛИ-НЕ 13 - к входу установкиединицы первого триггера 14, прямой выход которого соединен с входомпервой схемы И-, НЕ 15, другой вход котброй подключен к выходу автогенератора 12, вход установки нуля первоготриггера 14 подключен к выходу второй схемы ИЛИ-НЕ 1 б,один вход которойсоединен с выходом первого формиро 1 5 вателя импульсов 17, а другой входс выходом второй схемы И-НЕ 18, укоторой один вход соединен с выходомпервой схемы И-НЕ 15 и входом первого формирователя 17, а другой вход20 подключен к выходу третьей схемыИЛИ-НЕ 19, входы которой соединеныс выходами второго 20 и третьего 21формирователя импульсов, включенныхна выходах второго триггера 22,входы триггера соединены с входамисоответствующих генераторов зондирующих импульсов 2.1 и 2,2, выход первой,схемы И-НЕ 15 через второй инвертор11.2 и четвертый формирователь импульсов 23, а также через первый формирователь импульсов 17 подключен к двум.входам первой схемы ИЛИ 4,2 и непосредственно - к входу сигнализатору 35 40 45 50 55 60 65 сбоя 24, выход автогенератора 12 соединен с входом одновибратора 25,выход которого подключен к входутретьей схемы И-НЕ 26 и через третий инвертор 11.3, пятый формирователь импульсов 27, третий триггер28 подключен к другому входу третьейсхемы И-НЕ 26, вход установки нулятретьего триггера 28 соединен свходом установки нуля первого триггера 14, а"Выход третьей схемы И-НЕ26 соединен с вторым входом йервойсхемы ИЛИ-НЕ 13.,На фиг, 2 представлены эпюры напряжения на выходах следующих уз-лов схемы: 1 - интегрирующей цепи10 при включении расходомера, 11автогенератора 12, 1 и -схемы ИЛЙ-НЕ4,2 при запуске, 5 -триггера 14,У - схемы И-НЕ 15, Ф - формирователь17, М 1 - схемы ИЛИ-НЕ 16,М 11- одновибратора 25, 1 Х- триггера 28, Х - схе-мы И-НЕ 2 б.Расходомер работает следующимобразом.С момента подачи питания на схе-му конденсатор интегрирующей цепи10 начинает Заряжаться до порогово"гб значения отпирания твердотельных логических. схем. При этом черезпервую схему ИЛИ-НЕ 13 на входеустановки. 1 1 триггера 14 в течении времени заряда конденсаторабудет действовать логический 0l 60 устанавливающий 1 на прямом выходе триггера 14 и соответственно на входе схемы И-НЕ 15.После отпирания инвертора 11.1 автогенератор 12 начинает работать, ,выдавая отрицательные импульсы с длительностью, меньшей ожидаемого значения времени прохождения сиг- " нала по акустическому тракту (пе- . риода синхрокольца) и периодом, меньшим полутора - двух периодов синхрокольца (см. фиг. 2, эпюра 2) . Навходе установки1 триггера 14после окончания заряда конденсатора будет иметься 1, не изменяющая состояние триггера, Импульсавтогенератора 12 в положительнойполярности подается на второй входсхемы И-НЕ 15 и, поскольку на первом входе схемы имеется 1,ф с выхода И-НЕ 15, в отрицательной полярности этот импульс подается на формирователь импульсов 17, а после инвертора 11,2 - на формирователь импульсов 23. Сформированные из переднего и заднего фронтов короткие импуль" сы через схему ИЛИ 4.2, устройство управления б, схемы И 7.1 или 7,2подаются на запуск генераторов зондирующих импульсов 2,1 или 2.2 соответственно, в зависимости от того, по какому синхрокольцу разрешена в данный момент работа от устройства управления б. Импульс с генера- тора 2.1 или 2,2 возбукдает соот-. ветствующий пьезоэлемент 1.1 или 1.2 и в измеряемую среду излучается акутический сигнал. Спустя некоторое малое время после прохожде- ния первого импульса запуска устройство управления б переключает рас" ходомер на работу по второму син-хрокольцу и импульс запуска, сфор- мированный из заднего фронта импуль- са автогенератора 12, запускает другой генератор зондирующих импуль" сов, импульс с которого возбужда ет второй пьезоэлемент, и в измеряемую среду излучается встречный акустический сигнал.Устройство управления б снова переключает расходомер на работу по первому синхрокольцу. Второй" импульс запуска после, формировате-" ля 17 подается на вход второй схемы ИЛИ-НЕ 16 и далее на вход установки нуля первого и второго триггеров 14 и 28 соответственно. Триггер 14 переключается, на входе схемы И-НЕ 15 устанавливается О, запрещающий прохождение импульсов с генератора 12.Весь промекуток времениот первого до второго импульсов запускана входе установки О триггера 14 имеется 1, что обеспечивает вторая схемы И-НЕ 18, на одном входе которой в это время имеется нулевой потенциал с выхода схемы И-НЕ 15. Это предотвращает ложное 6опрокидывание триггера 14 по входуустановки нуля сразу после посылки первого зондирующего импульса,когда в результате пролезаниязондирующего сигнала через закрытый ключ на вход усилителя-формирователя 5 с последнего снимаетсяимпульс, проходящий затем на второйвход схемы И-НЕ 18.Прй наличии разрешения работы попервому синхрокольцу ключ 3.1 к момечту приема акустического сигнала спьезоэлемента 1.2 открыт, и с выходаего через схему ИЛИ-НЕ 4.1 на усилитель-формирователь 5 поступаетрадиосигнал, который усиливается,формируется и передним фронтом импульса формирователя через схемуИЛИ 4.2, устройство управления б,схему И 7,1 вновь запускает гене-ратор зондирующих импульсов 2.1,возбуждающий передающий пьезоэлемент 1.1. После этого устройствоуправления б вновь переключаетрасходомер на работу уже по второму синхрокольцу, для которого пьезоэлемент 1.2 является передающим,а пьезоэлемент 1.1 - приемным.Одновременйо с"посылкой нового зондирующего импульса импульс с входагенератора 2.1 (2.2) через триггер22, формирователи,20, 21, схемуИЛИ-НЕ 19 подается на вход схемыИ- НЕ 18 и далее через схему ИЛИ-НЕ 16на вход установки Оф триггера14, подтверждая О на входеИ-НЕ 15. Следующие импульсы послеусилителя формирователя 5 такжеподтверждают Оф на входе И-НЕ 15.Таким образом, в обоих синхрокольцах устанавливается автоциркуляция импульсов. При наличии расходаконтролируемой среды через преобразователь 1 частоты синхроколец отличны друг от друга, Исключеииеметодов совпадения импульсов встреч"ных синхроколец обеспечиваетсяустройством управления б,Одновибратор 25, запускаемый отрицательным перепадом каждого импульса генератора 12, формирует отрицательный импульс длительностью, большей, чем период синхрокольца, но меньшей, чем период автогенератора 12 (см. э)кру 8, фиг. 2), который подается на вход третьей схемы И-НЕ 26. Коротким импульсом на входе установки единицы третьего триг- гера 28, формируемым из переднего фронта каждого импульса одновибратора 25 с помощью пятого формирователя импульсов 27; инвертора 11.3, триггера 28 установливается в 1 на прямом вЫхбде, соединеннОм С вторым входом схемы И-НЕ 26. Первый импульс, проходящий после этого на вход установки Отриггера 28, вновь опрокидывает триггер в Офф на прямом выходе(эпюра 9, фиг. 2). Перекрытия вовремени положительных перепадовнапряжений на входах И-НЕ 26 в течение всего времени нормальной работы расходомера в результате, оче. видно, не произойдет (см. эпюру 10,фиг. 2),Ультразвуковой расходомер, работающий по:одному акустическомуканалу одновременно по двум синхрокольцам, останавливается при срыве колебаний в любом иэ них. Приэтом импульсы с выхода усилителяформирователя 5 больше не поступают и триггер 28 очередным короткймимпульсом с одновибратора 25 устанавливается в1" на прямом выхо.де, и на выходе схемы И.-.НЕ 26 появит. ся импульс, через схему ИЛИ-НЕ 13устанавливающий триггер 14 в 1на прямом"выходе, когда сновараз 1 ешается"прохождение имйульса с генератора 12 через схему И-НЕ 15 наформирование двух импульсов запускасинхроколец. В дальнейшем процессыв схеме происходят аналогично. Повторный запуск синхроколец расходомера будет автоматически сигналов по"акустическому тракту преобразовате"ля 1, после чего схема автоматического запуска вновь отключается отрасходомера.Таким образом, расходомер автоматически запускается прй включениии прилюбомнарушении нормальныхусловий прохождения сигнала по акустическому и электронному трактамвстречных синхроколец, чем обеспечивается надежность функционирования расхбдомера,Формула изобретенияУльтразВуковой расходомер, содержащий одноканальный акустичес" кий преобраэонатель; два пьеэозлеМентакотороГб соединены с ййходами двух соответствующих генераторов зондирующих импульсов и входами двух соответствующих ключей, выхбды ключей через схему ИЛИ подкЛ 2 чены к входу усилителя"формирователя, выход которого через вторую схему или подключен к.входу схемйуправления, сигнальный выход которой соединен с входами двух схем И, а двауправляющих выхода которой соединены соответственно с другимивходами двух схем И и управляющими входами двух ключей, выходы двух схем И подключены к входам соответствующих генераторов зондирующих импульсов и через схему выделения разностной частоты - к частотомеру, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехо" устойчивости, расходомер снабжен схемой автоматического запуска, содержащей интегратор, два иннертора, автогеНератор, три схемы ИЛИ-НЕ, три триггера, три схемы И-НЕ, пять формирователей импульсов, сигнализатор сбоя и однонибратор, причем выход интегратора через первый иннертор подключен к управляющему входу автогенератора и через первую схему ИЛИ-НЕ к входу установки единицы первого триггера, прямой выход которого , соединен с входом первой схемы И-НЕ, другой вход которой подключен к выходу автогенератора, вход установки нуля первого триггера подключенк выходу второй схемы ИЛИ-НЕ, одинвход которой соединен с выходом первого формирователя импульсов, а другой вход " с выходом второй схемз И-НЕ, у которой один вход соединен с выходом первой. схемы И-НЕ и входом первого формирователя импульсов, а другой нход подключен к выходу третьей схемы ИЛИ-НЕ, входы которой соединены с выходами второго й третьего формирователей импульсов, включенных на выходах вторбго триггера, входы триггера соединены с входами соответствующих генераторов зондирующих импульсов, выход первой схемы И-НЕ через второй,инвертор и четвертый формирователь импульсов, а также через первыйформирователь импульсов подключен к двум входам второй схемы ИЛИ и непосредственно - к входу сигнализатора сбоя, выход автогенератора соединен с входом однонибратора, выход которого под.ключен к входу третьей схемы И-НЕ и черезтретий инвертор, пятый формирователь импульсов, третий триг" гер подключен к другому входу третьей схемы И-НЕ, вход установки нуля третьего триггера соединен с входом установки нуля первого триггера, а выход третьей схемы И-НЕ соединен со вторым входом первой схемы ИЛИ"НЕ. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 395724 кл. О 01 Р 1/66, .1970,2 Авторское свидетельство СССР Р 479000, кл. О 01 Г 1/бб, 1972717543фиг.1 ЦНИИПИ Тираж 982ираж 801 Подписное Филиал ППП Патент, гУжгород, ул. проектная