Ультразвуковой расходомер

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения расхода жидкости ультразвуковым методом.Известен ультразвуковой расходомер, содержащий акустический преоб- разователь с двумя пьезоэлементами, два генератора импульсов, триггер, генератор запуска, схему ИЛИ,изме,ритель временных интервалов и линию задержки, в основу измерения расхода которого положен принцип измерения временной разности Ь 1, прохождения импульсов по потоку.и про- тив него, увеличенной в и раз за счет проведения и таких измерений 1).Недостатком таких расходомеров является низкая достоверность измерения из-эа временного сдвига или срыва установившихся автоциркуляций импульсов по потоку и против него, вносимых помехами, принимаемых усилителями и незащищенных от случайных сигналов входов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению являетсяодноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на про-. тивоположных стенках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, Формирователь управляющих импульсов, подключенный к счетчику, вычислитель ное и региструющее устройства (2)Недостатком известного устройства является низкая достоверность из мерения эа счет того, что вычислительная схема не имеет защиты от приема помех в течение всей длительности периодов автоциркуляции, а также недостаточное быстродействие измерений.Целью изобретения является повышение быстродействия и достоверности измерений.Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электро- акустических преобразователя, установленных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, а также Формирователь управляющих импульсов, входы которого подключены к выходам счетчика, дополнительно снабжен двухканальной схемой стробирования, каждый канал которой состоит из последовательно соединенных одновибратора, формирователя стробимпульса, ключаи усилителя. а также оперативным запоминающим устройством, компаратором, двумя схемами:И, триггером и генератором импульсов заполнения, причем входы обоих каналов схемы стробирования подключены к вы50 556065 Ультразвуковой расходомер работает, следующим образомВ режиме фИэмерение с выхода генератора 4 через коммутатор 5 кратковременные импульсы с частотой посылки Й возбуждают электроакустические преобразователи 2 и З,осуществляющие одновременную встречную посылку ультразвуковых (УЗ) сигналов и раздельный их прием, С помощью счетчика 6 подсчитывается ивстречно посланных сигналов и выдаются импульсы начала посылки УЗ волн и и-е импульсы окончания каждого под- счета и встречно посланных сигналов, которые с выхода формирователя 7 управляющих импульсов поступают вдвухканальную схему 8 стробирова; нияи оперативное запоминающее устройство 17 (ОЗУ) . ходу формирователя управляющих импульсов, а выходы - к первому ивторому входам оперативного запоминающего усгройства, третий и четвертый входы которого подключены к 5 выходам формирователя управляющихимпульсов, а выходы - к входам компаратора и первому входу первой схемы И, второй вход которой подключенк выходу формирователя управляющих О импульсов, выход компаратора подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первой схемы И, и пятому входу оперативного запоминающего уст ройства, выход триггера подключенк первому входу, второй схемы И,второй вход которой подключен кгенератору импульсов заполнения,при этом вторые входы ключей двухканальной схеьы стробирования подключены к выходам коммутатора.На фиг. 1 изображена блок-схемаультразвукового расходомера; наФиг. 2 - временные диаграммы накоп ления ячейками. оперативного запоминающего устройства потенциалов приотсутствии потока (фиг. 2 а) и приналичий потока (Фиг. 2 б).Ультразвуковой расходомер содержит акустический датчик 1 с двумяобратимыми электроакустическими преобразователями 2 и 3, генератор 4импульсов, коммутатор 5, счетчик 6,формирователь 7 управляющих импуль- .сов, двухканальную схему 8 строби рования, состоящую из одновибраторов9 и 10, формирователей 11 и 12 стробимпульсов, ключей 13 и 14, усилителей 15 и. 16, а также оперативноезапоминающее устройство. 17, компара тор 18 первую схему И 19, триггер 20, генератор 21 импульсов заполнения и вторую схему И 22.Оперативное запоминающее устройство состоит из четырех ячеек 23 - 26, вклю ченных попарно.Всегда в процессе функционирования ОЗУ 17 две ячейки в заданном временном интервале, определяемом между двумя и-ми импульсами,находятся в режиме накопления и запоми- нания потенциалов, а две ячейки - в режиме уравнивания ранее накоплен ных ими потенциалов с последующим сбросом последних до исходного уровня. Сброс осуществляется импульсом с выхода компаратора 18.В момеит принятия схемой режима Измерениеф импульс начала посылки УЗ волн с выхода формирователя.7 управляющих импульсов поступает ма третий вход ОЗУ 17 и переводит две парные ячейки, например 23 и 24, в режим накопления.по.тенциалов Одновременно он подается на одновибраторы 9 и 10 двухка-, нальной схемы 8 стробирования, на выходах которых формируются временные интервалы 1 О 15 с .иЬЪ з 1 п М (С-Ч,сов в)Ь, 255 з 1 п 0(. (С+ЧцсозЖ)причем. 15 с 11 сгде 1 - время распространения УЗсигналом базы измерения 30в отсутствие потока;2 - время распространения УЗсчгналом базы измеренияпри Чящпротив потока;- время распространения УЗ 35сигналом базы измеренияпри Ч 1 .по потоку; база измерения;,угол расположения базовойлинии относительно оситрубопровода;скорость распространения УЗсигналов в жидкости;максимальная скорость потока; ь 1 п 6(4( В течение временного интервала 1 с выхода формирователя 11 стробируюв.- щих импульсов закрыт электронный ключ 13, а в течение временного интервала 1 с выхода формирователя стробируюших импульсов закрыт электронный ключ, 14,По истечении времени 1, что соответствует моменту возможного прихода УЗ сигнала на электроакустическвй,преобразователь 2, посланного электроакустическим преобразователем 3, с выхода,одновибратора. 9 задним числом задержанного импульса 60 запускается формирователь 11 стробирующих импульсов, вырабатывающий стробирующий импульс длительностью 1-С =аС, которым электронный ключ 13 устанавливается в режим проводи мости для передачи преобразованного сигнала на вход усилителя 15,а по истечении времени 1 б, соответствующего моменту возможногоприхода ультразвукового сигнала наэлектроакустический преобразователь3, посланного электроакустическимпреобразователем 2, с выхода одновибратора. 10 задним фронтом задержанного импульса запускается формирователь 12 стробирующих импульсов,вырабатывающий стробирующий импульс длительностью С=11, которым электронный ключ 14 устанавливается в режим проводимости для передачи преобразованного сигнала навход усилителя 16,Импульс с выхода усилителя 1 бпереводит ячейку 24 ОЗУ 17 в режимхранения потенциала до, накопленного ячейкой за временной интерлвал с, а импульс с выхода усилителя 15 - ячейку 23 в режим храненияпотенциалад 0 , накопленного ячейкой .за временной интервал(фиг.2 б),где" - временной интервал прохождения УЗ сигналом базы измеренияпо потоку; а 1- временной интервал прохождения УЗ сигналом базыизмерения против потока,Всегда при заданном диаметред лтрубопровода ь,и с не выходят запределы значений соответственно5 1 с1, 4 с 1 - 1 +д 1 у(1 уд 12 7 1 д. 2 2 лд 2 1Это является необходимым и достаточным условием приема по потокуУЗ сигналов, преобразованных электроакустическим преобразователем 3,в моменты действия.на первом входеэлектронного ключа 14 стробирующегоимпульсадлительностью доз,а про-тив потока в , сигналов преобразован-,ных электроакустическим преобразователем 2, в моменты действия напервом входе электронного ключа 13стробирующих импульсов длительностью. д 1За и временных интервалов и ь,что соответствует количеству посланных в акустический тракт и принятыхэлектроакустическими преобразователями УЗ сигналов .в интервале междудвумя и-ми импульсами окончания подсчета ячейка 23, например, накапливает потенциал 01, а ячейка 24 -потенциал У(фиг. 2 б), при этомодни потенциал приложен к одному,другой - к другому входам компара-тора 18.Если в трубопроводе отсутствуетпоток, то Рщ,:1,.Соответственно за равные временные интервалы ячейки 23 и 24 ОЗУ17 накапливают равныедБ=д 0 потенциалы, За и временных интервалов7,и 7 потенциалы ячеек достигают уровнейЬП п=ПП 2 п=Пйпри .этом Ц =+, а =0 (фиг. 2 а) .При наличии потока в принятомнаправлении всегда с.Соответственно потенциал 601,накопленныйячейкой 23 за временной интервал ,больше потенциала , накопленного ячейкой 24 за временной интервал6(фиг, 2 б) т,е,( 2Тогда Д У 1 - 602 = ПЗа и временных интервалов сячейка 23 накапливает потенциалЬУп=У,а за и временных интерва-лов ь, ячейка 24 накапливает потенциалв У п=Бпри этом Юи )Щ иЬО 1 и-аП п=бип-ый.импульс окончания подсчетасчетчика 6 с выхода формирователя 7управляющих импульсов устанавливаетпо четвертому входу ОЗУ его ячейку23 в режим понижения потенциала доуровня потенциала, накопленного ячейкой 24, ячейки 25, 26 - в режим накопления потенциалов, задает передним Фронтом, с выхода ОЗУ 17 уровеньРазрешение на одном из входовпервого элемента И 19, а через другой вход последнего устанавливаеттриггер 20 в единичное состояние,С выхода триггера 20 на одном из входов элемента И 22 появляется уровень1 Разрешение, и импульсы генератора 21 заполнения поступают на еговыход.По истечении времени.Ь с моментапоступления на четвертый вход ОЗУ17 п-го импульса счетчика 6 потенциал Ц ячейки 23 достигает уровня потенциала 1 ячейки 24, в результатечего компаратор 18 Йдает импульс,который с его выхода задает через%пятый вход ОЭУ 17 на одном иэ входов элемента И 19 уровень Запрещение 1, устанавливает ячейки 23 и24 в режим сброса имеющихся потенциаллов до исходного уровня, переводиттриггер 20 в нулевое состояние. Сединичного выхода триггера 20 наодном из входов второго элемента И22 появляется уровень Запрещениев результате чего прекращается по 10 ступление импульсов генератора 21на информационный выход этого элемента И,Чем больше скорость потока, тембольше разность П -01 -- д П п и15 соответственно больше длительностьвременного интервала А Р, пропорционального измеряемой величине расхода, в течение которого импульсы генератора 21 заполнения проходят2 О на информационный выход элементаИ 22.Данный ультразвуковой расходомерпозволяет повысить достоверностьрезультатов измерения расхода потока жидкой среды, обладает повышеной устойчивостью к воздействиюпомех эа счет временной защиты входов приемных усилителей от воздействия посторонних преобразованных вэлектрические ультразвуковых сигналов. Кроме того, введенный в расходомере принцип одновременного дискретного накопления потенциалов вдвух парных ячейках за период между35двумя и-ми импульсами с последующим доведением накопленного потенциала одной ячейкой до уровня потенциала, накопленного другой ячейкой,например, понижение одной из них,позволяет варьировать в широких40 пределах длительностью интервала,являющегося мерой расхода,Для изготовления расходомера пригодна. элементная база широкого применения, а конструкция имеет блочнуюразъемную компановку,что упрощает егоизготовление и обслуживание в производственных условиях,10 24726 111 фИ 8 Составитель Н.Гурбелоедактор Т.КугрышеваТехред О. Неце Корректор О,Билак ака фил ППП Ужгород ул. Проектйая, 4; тен 4379/36 ВНИИПИ .Госуда по делам и 113035 Иоскв