Ультразвуковой расходомер в. и. филатова

Изобретени гельной техни эовано при ра измерительных ния расхода, стомерах потоИзвестны у меры, содержа коммутатор и ватель, блоки информации об по потоку и иОднако эти значительной обусловленной измеряемой ср измерении поНаиболее б по техническо ультразвуково два пьезодатч стенках трубо генератором, сокой частоты м иие относится к измерике и может быть испольэработке контрольноприборов для определеа также в точных скороков.льтразвуковые расходощие схему синхрокольца одноканальный преобраэохранения и сравнения1 Оизмерениях попеременно ротив него 13.расходомеры обладают погрешностью измерений,вариациями параметров еды при попеременном потоку и против него. лиэким к изобретению й сущности является й расходомер, содержащ ика, установленные на провода и связанные с усилитель и фильтр вывключенные последова и ча- схетельно и связанные с выходами пьезодатчиков, формирователь, счетныйтриггер, триггер вправлений, триггер задержки, одновибратор задержки,генератор запуска, пять схем ИЛИ,десять схем И, две схемы НЕ и блокиндикации 2 3,Недостатком этого расходомера является невысокая точность измерений,обусловленная различием времени задержки сигналов в Фильтре высоко"стоты, усилителе, формирователе,ме запрета, схеме ИЛИ и генератореимпульсов каждой схемы синхрокольца.Цель изобретения - повышение точности измерений.Указанная цель достигается тем,что а ультразвуковой расходомер введены ограничитель - схема ИЛИ, четыре схемы И, два одновибратора-селектора с инверторами и линиями задерики, генератор с коммутатооом, коммутирующий триггер, триггер выбора, двесхемы НЕ и расширитель Формирователя,3 9225причем один пьезодатчик соединен содним выходом генератора с коммутатором входом одного одновибратораселектора с инвертором и линией задержки и одним входом ограничителясхемы ИЛИ, а другой пьеэодатчик -с другим выходом генератора с коммутатором, входом другого одновибратора-селектора с инвертором и линиейзадержки и другим входом ограничи втеля - схемы ИЛИ, выход последнейподключен к входу фильтра высокойчастоты, выход которого соединен свходам усилителя, .выход усилителя соединен с одним из входов первой схемы ИЛИ, а ее выход - с входом Формирователя, выход которого соединен с входами первой, пятой, шестой схем И и второй схемы НЕ, выход последней соединен с входами десятой схемы И и расширителя Формирователя, выход последнего соединен с другим входом шестой схемы И, другой вход первой схемы И подключен к выходу второй схемы ИЛИ, а выход - к входу третьей схемы НЕ и входу генератора, одни входы второй и четвертой схем И соединены с разными выходами коммутирующего триггера, а их другие входы соответственно подключены к выходампервого и второго одновибраторов-селекторов с инверторами и линиями задержки, выходы последних соединены также с входами седьмой схемы И, выход которой соединен входом генератора запусзз ка, выход последнего соединен с входами первой схемы ИЛИ непосредственно и через четвертую схему НГ, выход шестой схемы И подключен к входу третьей схемы ИЛИ и к входам одиннадцатой и двенадцатой схем И, другие входы последних подключены к разным выходам коммутирующего триггера, а их выходы - к разным входам триггера направлений, выходы которого соединены с входами тринадцатой и четырнадцатой схем И, другие входы последних соединены с одним выходом счетного триггера, а выходы " с блоком индикации, другой вход третьей схемы ИЛИ соединен с выходом, пятой схемы И, а выход - с входом одновибратора задержки, выход которого соединен с входом первой схемы НЕ, выход последней прдклюцен к входам триггера задержки и девятой схемы И, триггер фф задержки неинвертированным выходом подключен к входам третьей, пятой, девятой и десятой схем И, пятой схе 14 4 мы ИЛИ, а инвертированным - ко входам первой, второй, четвертой схемИЛИ и счетного триггера, другой вход пятой схемы ИЛИ подключен к выходу десятой схемы И, а выход - к входу триггера выбора, один выход последнего соединен с входом пятой схемы И, а другой - с входами третьей и девятой схем И, выход девятой схемы И соединен с входом четвертой схемы ИЛИ, входы восьмой схемы И соединеныс выходами четвертой схемы ИЛИ и третьЕй схемы НЕ, а ее выход - с входомкоммутирующего триггера.На чертеже изображена структурнаясхема предлагаемого ультразвуковогорасходомера.Расходомер содержит укрепленные на контролируемом участке трубопровода 1 пьезодатчики 2 и 3, ограничительсхему ИЛИ 4, Фильтр 5 высокой частоты, усилитель 6, первую, вторую,.третью, четвертую и пятую схемы ИЛИ 711, Формирователь 12, четырнадцатьсхем И 13 - 26, первый и второй одновибратор-селектор 27 и 28 с инверто-.рами и линиями задержки, генератор29 с коммутатором, коммутирующийтриггер 30, триггер 31 задержки,триггер 32 выбора, счетный триггер 33 и триггер 34 направлений. Расходомер содержит также первую, вторую, третье и четвертую схемы НЕ 35 - 38, одновибратор 39 задержки, расширитель 40 формирователя, генератор 41 запуска и блок 42 индикации. Схема синхрокольца образована датчиками 2 и 3, ограничителем-схемой ИЛИ 4, фильтром 5 высокой частоты, усилите- лем 6, первой схемой ИЛИ 7, Формирователем 12, первой схемой И 13 и генератором 29 с коммутатором.Выходной сигнал расходомера снимают с выхода счетного триггера 33, либо в зависимости от направления потока - с выхода тринадцатой 25 или четырнадцатой 26 схемы И.Предлагаемый ультразвукояой расходомер работает следующим образом,В момент включения питания срабатывает генератор запуска 41, передним Фронтом имйульса которого через первую схему ИЛИ 7 запускается Формирователь 12. Импульс формирователя 12 длительностью С через первую схему И 13, на другой вход которой черезвторую схему ИЛИ 8 передается инвертированный сигнал триггера задержки31,фпоступает на вход запуска генера922 5тора 29 с коммутатором и на входтретьей схемы НЕ 37. Импульс генератора с коммутатором поступит на одинили другой выход только при наличииразрешающего сигнала, поступающегосоответственно, с .выхода схемы И второй 14 или четвертой 16. Разрешающийсигнал на выходе одной из этих схемпоявится при наличии на ее входах сиг-нала коммутирующего триггера 30 и 10инвертированного сигнала одновибратора-селектора 27 или 28 с линией задержки.Предположим, что импульс генератора с первого выхода генератора с 1 зкоммутатором поступает на пьезодатчик 3 и на запуск первого одновибратора-селектора 27 с инвертором илинией задержки. Инвертированный импульс последнего задерживается линией озадержки на время .т и поступаетна входы схемы И седьмой 19 и второй14, и на выходе последней снимаетсяразрешающий сигнал. Таким образом,импульс длительностью Т посту- тпает на пьезодатчик 3, которыйпреобразует его в ультразвуковойимпульс, излучаемый против потокапод угломк оси трубы преобразователя. Инвертированный третьейсхемой НЕ 37 импульс формирователя12 через восьмую схему И 20, на другой вход которой через четвертую схему ИЛИ 10 поступает инвертированныйаигнал триггера задержки 31, заднимфронтом перебрасывает коммутирующийтриггер 30. Импульс формирователя 12инвертируется также второй схемойНЕ 36 и запускает расширитель 40 формирователя. Последний генерирует импульс длительностью ьРр,Импульс генератора 41 запуска, инвертированный четвертой схемой НЕ 38,через первую схему ИЛИ 7 своим заднимфронтом повторно запускает Формирова"тель 12. Импульс формирователя 12через схему первую И 13 запускает генератор 29 с коммутатором, с второговыхода которого импульс поступает напьезодатчик 2 и на запуск второгоодновибратора-селектора 28 с инвертором и линией задержки. Инвертирован",ный импульс последнего задерживаетсялинией задержки на время А и посту"пает на входы схем И седьмой 19 ичетвертой 16, снимая на выходе последней разрешающий сигнал. Импульсдлительности Тъ поступает на пьезодатчик 2, который преобразует его в 514 бультразвуковой импульс, излучаемый по потоку под углом д, к оси трубы 1. Инвертированный третьей схемой НЕ 37 импульс Формирователя 12 через восьмую схему И 20 задним фронтом перебрасывает коммутирующий триггер 30. Прошедший через измеряемый поток ультразвуковой импульс поступает на пьезодатчик 2 и 3, преобразуется в электрический и через ограничитель- схему ИЛИ 4, Фильтр высокой частоты 5 поступает на усилитель 6. Усиленный усилителем 6 импульс через первую схему ИЛИ 7 запускает формирователь 12. Далее процесс повторяется. Поскольку в расходомере применяется . одна схема синхрокольца, поочередно работающая по потоку и против него, в нем нет разности времени задержки электронной схемой сигналов, авто- циркулирующих по потоку и против него.С выхода седьмой схемы И 19 импульсы, образовавшиеся от совпадения во времени импульсов первого и второго одновибраторов-селекторов с инверторами и линиями задержки, посту.пают на вход генератора 41 запуска, срывая его работу. Таким образом, схема И 19 контролирует прохождение импульсов схемы синхрокольца по потоку и против него, При прохождении ультразвуковых импульсов только в одном направлении, при отсутствии жидкости в трубопроводе 1 или при нарушении работы электронно 1 схемыприбора импульсы на выходе седьмой схемы И 19 отсутствуют. Генератор41 запуска генерирует импульсы, поступающие на запуск формирователя 12и блок 42 индикации, индицируя аварийное состояние.При совпадении во времени импульсов формирователя 12 с импульсом расширителя Формирователя 40 но выходе шестой схемы И 18 образуется импульс, который через третью схему ИЛИ 9 запускает одновибратор 39 задержки. Импульс последнего длительностьюинвертируется первой схемой НЕ 35, поступает на вход девятой схемы И 21 и своим задним Фронтом перебрасывает триггер 31 задержки. Перепадом напряжения с неинвертированного вь 1 хода триггера 31 задержки через пятую схему ИЛИ 11 перебрасывается триггер 32 выбора. Импульс формирователя 12 пройдет через первую схему И 13 только при совпадении инвертированного сигнала триггера 32 выбора и неинвер7 9225 тированного сигнала триггера 31 задержки на входах третьей схемы И 15, с ее выхода сигнал через вторую схему ИЛИ 8 гоступает на другой вход первой схемы И 13. С выхода первой схемы 5 И 13 инвертированный третьей схемой НЕ 37 импульс через восьмую схему И 20 задним фронтом перебросит коммутирующий триггер 30 только при совпадении неинвертированного сигнала 31 10 задержки, инвертированного сигнала триггера 32 выбора и инвертированного первой схемой НЕ 35 сигнала одновибратора 39 задержки на входах девятой схемы И 21, тогда с ее выхода 15 сигнал через четвертую схему ИЛИ 10 поступит на другой вход восьмой схемы И 20. Инвертированный второй схемой НЕ 36 импульс Формирователя 12 своим задним фронтом через десятую схему 20 И 22, другой вход которой подключен к неинвертированному выходу триггера 32 задержки, и пятую схему ИЛИ 11 перебрасывает триггер 32 выбора, При совпадении неинвертированных сигналов 25 триггера 31 задержки и триггера 32 выбора, поступающих на входы пятой схемы И 17, через последнюю и третью схему ИЛИ 9 импульс Формирователя 12 передним Фронтом запускает одновибра тор 39 задержки. Импульс последнего: инвертируется первой схемой НЕ 35 и своим задним фронтом возвращает триггер 31 задержки в исходное состояние. Перепадом напряжения с инвертированного выхода триггера 31 задержки перебрасы. вается счетный триггер 33 и через первую схему ИЛИ 7 запускается Фобмирователь 12. а 1 1 +Ть 1Формула изобретения 50Ультразвуковой расходомер, содержащий два пьезодатчика, установленные на стенках трубопровода и связанные с генератором, усилитель И фИЛЬтрвысокой частоты, включенные последо вательно и связанные с выходом пЫзодатчиков, формирователь, счетный триггер, триггер направлений, триггер задержки, одновибратор задержки, гене"ратор запуска, пять схем ИЛИ, десять Для определения направления потока используется свойство ультразвуковых импульсов, излучаемых по потоку "Догнать ультразвуковые импульсы, излучаемые против потока. Направление потока указывает сигнал коммутирующего триггера 30 в момент совпадения во времени импульса формирователя 12 с импульсом расширителя 10 формирователя, подаваемых на входы шестой схемы И 18. С ее выхода импульс посту- пает на входы одиннадцатой 23 и двенадцатой 2 Ь схем И, на другие входы которых поступают сигналы с разных выходов коммутирующего триггера 30. С выходов этих схем И сигналы поступают на разные входы триггера 31 направлений. С выхода счетного триг 11 Ьгера 33 сигнал подается на входы тринадцатой 25 и четырнадцатой 26 схем И, на другие входы которых поступают сигналы с разных выходов триггера 31 направпений. Индикатор ч 2 показывает направление потока в зависимости отсигнала, поступающего на его входы с выхода тринадцатой 25 или четырнадцатой 26 схем И. В зависимости от направления потока на выход устройства поступает сигнал частоты Г переключений счетного триггера 33 0или Ос, снимаемый с выходов тринадцатой схемы И 25 или четырнадцатой схемы И 26, или независящий от направления потока сигнал, снимаемый с выхода счетного триггера 33.Период следования импульсов счетного триггера 33, определяемый моментами совпадений импульсов формирователя 12 с импульсами расширителя формирователя 40, может быть выражен Т = - = пТ 1+Т = (и) Т 1 + Т 1 где и - количество полных периодовТ СТ(или Т(Т) за период Т;Т,Т - периоды автоциркуляции импульсов по потоку и противнего.После несложных преобразований из этого выражения получаем 1 1где АГ = 1- Г = - -. - - разХ = Т Тность частот по потоку и против него.Поскольку Т а Г1, можно принятьГ = ьГ. Таким образом, на выходеустройства получают частотный сигнал,прямо пропорциональный расходу потока.9 9225 схем И, две схемы НЕ и блок индикации, а т л и ч а Ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены ограничитель- схема ИЛИ, четыре схемы И, два одновибратора-селектора с инверторами и ли,- ниями задержки, генератор с коммутатором, коммутирующий триггер, триггер выбора, две схемы НЕ и расширитель. формирователя, причем один пьезо О датчик соединен с одним выходом гене" ратора с коммутатором, входом одного одновибратора-селектора с инвертором и линией задержки и одним входом ограничителя-схемы ИЛИ, а другой пье зодатчик - с другим выходом генератора с, коммутатором, входом другого одновибратора-селектора с инвертором и линией задержки и другим входом ограничителя - схемы ИЛИ, выход послед" 20 ней подключен к входу фильтра высокой частоты, выход которого соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с одним из входов первой схемы ИЛИ, а ее выход - с входом 25 формирователя, выход которого соединен с входами первой, пятой, шестой схем И и второй схемы НЕ, выход последнЕй соединен с входами десятой схемы И и расширителя Формирователя, зв выход последнего соединен с другим входом шестой схемы И, другой вход первой схемы И подключен к выходувтО.-. рой схемы ИЛИ, а выход - к входу третьей схемы НЕ и входу генератора, одни входы второй и четвертой схем И соединены с разными выходами коммутирующего триггера, а их другие входы соответственно подключены к выходам первого и второго одновибраторов-се О лекторов с инверторами и линиями задержки, выходы последних соединены также с входами седьмой схемы И, выход которой соединен с входом генератора запуска, выход последнего со 14 10единен с входами первой схемы ИЛИ непосредственно и через четвертую схему НЕ, выход шестой схемы И подключенк входу третьей схемы ИЛИ и к входамодиннадцатой и двенадцатой схем И,другие входы последних подключены кразным выходам коммутирующего триггера, а их выходы - к разным входамтриггера направлений, выходы которогосоедйнены с входами тринадцатой ичетырнадцатой схем И, другие входыпоследних соединены с одним выходомсчетного триггера, а выходы - с блоком индикации, другой вход третьейсхемы ИЛИ соединен с выходом пятойсхемы И, а выход - с входом одно-,вибратора задержки, выход которогосоединен с входом первой схемы НЕ,выход последней подключен к входамтриггера задержки и девятой схемы И,триггер задержки неинвертированнымвыходом подключен к входам третьей,пятой, девятой и десятой схем И, пя"той схемы ИЛИ, а инвертированнымк входам первой, второй, четвертойсхем ИЛИ и счетного триггера, другойвход пятой схемы ИЛИ подключен к выходу десятой схемы И, а выход - квходу триггера выбора, один выходпоследнего соединен с входом пятойсхемы И, а другой - с входом третьейи девятой схем И, выход девятой схемы И соединен с входом четвертой схемы ИЛИ, входы восьмой схемы И соединены с выходами четвертой схемы ИЛИ итретьей схемы НЕ, а ее выход - с входом коммутирующего триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРЮ 2 Й 8269,. кл, О 011," "1/00, 1960.2. Расчет и конструирование расходомеров. Под ред. П.П. Кремлевского.И., ниашиностроение", Л., 1976,с. 130-133./5 роектная,Филиал ППП "Патент", г. Ужго 3 2556/52 ВНИИПИ Госу по делам 1 13035, Иос