Автоматический ультразвуковой расходомер

ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский институного прибо рос трое н ия(57) Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных отраслях для измерений расхода жидких и газообразныхвеществ. 11 елью изобретения являетсяповышение точ нос т н изме рения, Работаустройства происходит в два такта.Высокочастотный импульс генератора 9ударного возбуждения через ключ 5коммутатора 4 поступает на пьезоэлемент 2, который излучает в средуультразвуковой импульс, проходящийчерез поток под углом Ы. Через про-межуток времени импульс принимается1530915 Работа устройства во втором тактепроисходит аналогично первому, но внаправлении против потокаОтличиезаключается в том, что сигнал с выхода сумматора 18, перестраивающий частоту управляемого генератора 25, дополнительно проходит через управляемый элемент 27 задержки, величина которой определяется временным положением переднего фронта импульса, управляющего работой ключа 22 и посту пающего с выхода блока 10. Этим обеспечивается одновременность моментовперестройки частоты обоих управляемыхгенераторов 23 и 25. 4 ип. Изобретение относится к ультразвуковой технике, может быть использовано в различных отраслях народного хо эяйства для измерения расхода жидких и газообразных веществ и является усовершенствованием изобретения по авт, св. М 777438.цель изобретения - повышение точ 30 ности измерения за счет снижения параэитной флуктуации выходного сигнала.На фиг, 1 изображена блок-схема автоматического ультразвукового расходомера; на фиг.2 - временные диаг 35 раммы пап ряжений на о тдельных узлах схемы; на фиг. Э - яре,енные диаграммы напряжений на пьезоэлементах, и статические характеристики Ьазометра, временного дискриминатора и сумматора; на фиг4 - выходные сигналы управляемых генерато ров .Автоматический ультразвуковой расходомер содержит два установленных 45 на трубопроводе 1 пьезоэлемента 2 и 3, соединенных с коммутатором 4,включающвч, например, две пары последовательно соединенных ключей 5, 6 и 7, 8 с подключением выхода ключа 5 к50 пьезоэлементу 2, а выхода ключа 7 к пьезоэлементу 3, генератор 9 ударного возбуждения, выход которого соединен с входами ключей 5 и 7, блок 10 управления, состоящий, например, из двух ключей 11 и 12 и последовательно 5 соединенных распределителя 13 вчпуль - сов, вход которого подключен к выходам ключей 11 и 12 и триггера 14, допьезоэлементом 3, преобразуется в напряжение и поступает на сигнальные входы фаэомет ра 16 и временного дискриминатора 17. На фазометре 16 происходит преобразование временноголсдвига 4после формирования второго высокочастотного импульса между высокочастотными колебаниями, заполняющими сигнальный и опорный импуль - сы в соответствии со статической характеристикой фазометра 16, имеющего неоднозначность, которая корректируется с помощью временного дискриминатора 17, инвертора 9 и триггеров 20 и 21, В результате в первом такте из - мерения период следования импульсов управляемого генератора 23 становится равным времени распространенияультразвукового импульса по потоку. полнительный ключ 15, включенный навыходе генератора 9 ударного возбуждения, фазометр 16 и временной дискриминатор 17, сигнальные входы которых подключены к выходам ключей 6 и8, а опорные входы - к выходу дополнительного ключа 15, выход фазометрасоединен с одним из входов сумматора18, а выходы временного дискриминатора 17 соединены с входом инвертора 19и единичным входом триггера 20, выходинвертора 9 подключен к нулевомувходу триггера 21, выход которого также, как и выход триггера 20, подключен к входу сумматора 18,Кроме того, расходомер содержитдве цепи, одна из которых состоит изпоследовательно соединенных ключа 22и управляемого генератора 23, вторая - из последовательно соединенныхключа 24, управляемого генератора 25,которые включены на выходе сумматора18, выходы управляемых генераторов 23и 25 подключены к входам частотомера26 и ключей 11 и 12 блока 1 О управления, во вторую цепь между выходомключа 24 и входом управляемого генератора 25 включен управляемый элемент 27 задержки, управляющий входкоторого соединен с управляющим входом ключа 22 другой цепи. Выход 1блока 10 управления подключен к управляющим входам ключей 6, 7, 1 и24, выход 2 подключен к управляющимвходам ключей 5, 8, 12 и 22, выход3 - к нулевому входу триггера 20 иединичному входу триггера 21, выходв 15309 54 - к управляющему входу временного дискриминатора 17, выход 5 - к управляющему входу ключа 15, выход 6 - к входу генератора 9 ударного возбуждения.5Автоматический ультразвуковой расходомер работает следующим образом.При изменении скорости потока Ч (фиг. 2) происходит например увеВ 9О личение скорости ультразвука по потоку С + Ч соя А и уменьшение против потока С - Ч созц, где С - скорость ультразвука в неподвижной среде, а( - угол между векторами С и Ч . Измерение15 расхода (скорости Ч) устройством осуществляется в два такта. В одном такте происходит измерение и преобразование в частоту скорости ультразвука по потоку, а в другом такте - измерение и преобразование в частоту ско" рости ультразвука против потока, разность указанных частот пропорциональна измеряемой величине скорости потока Ч. 25Пусть триггер 14 блока 10 управления находится в таком состоянии, что напряжением У (а) (Фиг, 2) с выхода 2 открыты ключи 5 и 8 коммутатора 4 и ключи 22, 2, на входе и выходе управляемого генератора 23. Выходным сигналом триггера 14 ключи 6, 7, 24 и 11 заперты. Таким образом, следящая автоматическая система подклю т чена для измерения скорости ультра-: звука по потоку. Импульсы 11 управляемого генератора 23, осуществляющие коммутацию выходов блока 1 О управления через ключ 12, поступают на вход распределителя 13 импульсов, Допустим, что максимальное количество40 импульсов в этом такте равно семи.При поступлении на вход распределителя 13 импульсов второго импульса на его выходе 6 возникает сигнал, запускающии генератор 9 ударного возч45 буждения, и Формируется импульс напряжения 9, заполненный высокочастотным напряжением, Фаза которого жестко связана с передним фронтом жпульса.50 Одновременно с этим с выхода 4 распределителя 13 импульсов поступает импульс ц(4), который подготавливает к работе временной дискриминатор 17. Высокочастотный импульс генератора 9 ударного возбуждения через55 ключ 5 коммутатора 4 поступаег на пьезоэлемент 2 (фиг,2, сигнал Б),который излучает в среду ультразвуковой импульс, проходящий через поток среды под углом о( . Импульс принимается пьезоэлементом 3 через промежуток времени 1/С + Ч сов с, где 1 - расстояние между пьезоэлементами 2 и ЭИмпульс напряженияс пьезоэлемента 3 через ключ 8 подается на сигнальные входы фазометра 16 и временного дискриминатора 17, Третьим импульсом управляемого генератора 23 формируется с выхода 5 распределителя 13 импульс напряжения 1 (5), который открывает ключ 15, При этом одновременно по сигналу с выхода 6 распределителя 13 ьипульсов генератор 9 ударного возбуждения формирует второй высокочастотныи импульс 119 р пос туп аю щий через открытый ключ 15 на опорные входы фазометра 16 и временного дискриминатора 17. На фазометре 16 происходит преобразование временного сдвига д(фиг. За) между высокочастотными колебаниями, заполняющими сигнальный и опорный импульсы в напряжениев соответствии со стати 16ческой характеристикой фазометра 16 У= Й (д с ), приведенной на фиг . 36, Статическая характеристика фаэометра 16 имеет неоднозначность, которая корректируется с помощью временного дискриминатора 17, инвертора 19 и триггеров 20 и 21. Во временном дискриминаторе 17 осуществляется преобразование сдвига времени д 7 в импульс напряжения Б , амплитуда которогоОфпропорциональна д ь (фиг.36)Импульс Бп положительной полярности с первого выхода временного дискриминатора 17 поступает на единичный вход триггера 20, что переводит его в другое устойчивое состояние, в результате формируется передний фронт импульса Ц,. Если ыкпульс 1, отрицательной полярности, то с второго выхода временного дискриминатора 17 импульс У, поступает на нулевой вход триггера 21 через инвертор 19. Совмещенная релейная характеристика триггера 20 и триггера 21 с ннвертоГ ром 19 приведена на фиг.Зв. Для стыковки характеристик Фазометра 16 (фиг.36) и релейной необходимо, чтобы порог срабатывания триггера 20 ипи 21 был меньшим чем максимальный выходной сигнал У Фазометра 16.сСигналы с фаэометра 16 и триггера 20или 21 поступают на сумматор 18. Зависимость выходного сигнала суммато 1530915ра от входной величины д (Фиг.3 г) не имеет неоднозначности, Вьмодной сигнал сумматора 18 через ключ 22 осуществляет сначала грубую подстройку периода следования импульсов управ 5 ляемого генератора 23 в сторону уменьшения выходного сигнала временного дискриминатора 17 до величины порога срабатывания триггера 20 или 21, а затем производится точная подстройка управляемого генератора таким образом, чтобы уменьшить выходной сигнал фаэометра до нуля. В результате в первом такте измерения пе риод следования импульсов управляемого генератора 23 Тз становится равным времени распространения ультразвукового ичпульса по потоку 1/(С + + Чсоз М ), а частота следования этихС+Чсоз е( импульсов равна РТ2 З1При поступлении на вход распределителя 13 импульсов седьмого импульса управляемого генератора 23 триг гер 20 импульсом с выхода 3 устанавливается в исходное состояние и формируется задний фронт апульса 1) ,ар ф триггер 4 переходит в другое устойчивое состояние, При этои элементы расходомера переключаются в режим работы с преобразованием скорости ультразвука против потока С - Чсоз Ы в частоту импульсов управляемого генератора 25.35Работа устройства во втором такте измерения происходит аналогично первому. Отличие заключается в том, что сигнал с выхода сумматора 18, перестраивающий частоту управляемого ге О нератора 25, дополнительно проходит через управляемый элемент 27 задержки. Вносимая задержка определяется временным положением переднего Фронта ичпульса, управляющего работой ключа 45 22 и поступающего с второго выходаблокаО. Этим обеспечивается одновременность моментов перестройки частоты обоих управляемых генераторов23 и 25,В предлагаемом устройстве обеспечивается уменьшение паразиткой флуктуации выходного сигнала расходомера,что поясняется на фиг.4, где изображены временные зависимости выходныхсигналов генераторов 23 и 25 без элемента 27 задержки (фиг.4 а) и при наличии этого элемента (фиг,4 б).В результате, во втором такте измерения происходит точная подстройкапериода следования импульсов генератора 25 Т , коТорый становится равным времени распространения ультразвуковых импульсов против потока1/С - Чсозй, а частота следования им 1 С-Чсов Ыпульсов равна Г- - е21Частотометр 26 измеряет разностьчастот импульсов на выходах генераторов 23 и 25, значение которой пропорционально скорости потока среды, ине содержит паразитных флуктуаций,обусловленных импульсным режимом работы измерительной схемы предлагаемого расходомера.Формула изобретенияАвтоматический ультразвуковой расходомер по авт. св. У 777438, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с иелью повьшения точности измерения расхода, он снабжен управляемым элементом задержки, включенным между выходом ключа и входои управляемого генератора одной иэ цепей управления ге"нератором, а управляющий вход управляемого элемента задержки соединен с управляющим входом ключа другой цепи.153091 5ЬР- Руз Гфиа 9Составитель 11,АбросимовРедактор А.Хотьль Техред Л. СердюковаКорректор Т,ПалийЗаказ 7942/41 Тираж ЬЬО ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открьггиям при ГКНТ СССР113035, Москва ЖРаушская наб д, 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 101