УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ВЕЩЕСТВА Российский патент 2001 года по МПК G01P5/00 G01F1/66 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока и расхода веществ в различных отраслях промышленности.

Наиболее близким прототипом является ультразвуковой частотно-импульсный расходомер по ав. св. N 879306, содержащий, по крайней мере, одно синхрокольцо, состоящее из измерительного участка, пьезоэлектрических преобразователей, один из которых соединен с формирователем импульсов зондирования, а второй - с усилителем-формирователем, выход которого подан на первый вход фазового детектора, соединенного по выходу с управляемым автогенератором, связанным по выходу с делителем частоты и измерительным блоком, причем сигнал на вход формирователя импульсов зондирования поступает от схемы И.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, является то, что в нем при измерении скорости потока используются периоды синхроколец, часть времени которых составляет время задержки информационного сигнала на неизмерительных участках синхроколец, что вносит дополнительную погрешность в измерение. Другим недостатком известного устройства, работающего в режиме непрерывной автоциркуляции импульсов в синхрокольцах, является наложение реверберационных помеховых сигналов на приемный импульс, что приводит к погрешности измерения скорости.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является повышение точности измерения за счет уменьшения влияния реверберационных помех и задержки сигнала в синхрокольцах на его неизмерительных участках.

Указанный технический результат достигается тем, что в каждое синхрокольцо введены элемент задержки сигнала и триггер, при этом второй выход счетного устройства соединен со входами триггера и элемента задержки сигнала, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, выход триггера соединен со вторым входом схемы И, а выход схемы И подключен к цепям сброса в "0" триггера и счетного устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, а на фиг. 2 - диаграмма напряжений в отдельных точках схемы.

Блок-схема содержит: управляемый генератор импульсов 1, счетное устройство 2, триггер 3, схему И 4, формирователь импульсов зондирования 5, пьезоэлектрические преобразователи 6 и 8, измерительный участок 7 трубопровода, усилитель-формирователь 9, фазовый детектор 10, элемент задержки сигнала 11 и измерительный блок 12.

Схема работает следующим образом.

Импульсы с управляемого генератора импульсов 1 с частотой f₁ поступают на счетное устройство 2 с коэффициентом деления N. Через время N/f₁ с выхода счетного устройства 2 сигнал (см. фиг. 2b) поступит на элемент задержки 11, с временем задержки t₀ (фиг. 2с), а с него на второй вход фазового детектора 10. Кроме того, с выхода счетного устройства 2 сигнал поступит на триггер 3, который выдает сигнал разрешения на схему И 4 (фиг. 2е). Счетное устройство обнулится и начнет вновь счет с "0". Как только на вход счетного устройства поступит n импульсов от счетного элемента промежуточного разряда счетного устройства, поступит сигнал на второй вход схемы И 4, сработает схема И (фиг. 2а), а от него сработает формирователь импульсов зондирования 5, который возбудит передающий пьезоэлектрический преобразователь 6, и в измеряемую среду в измерительном участке 7 будут излучены акустические колебания, которые начнут движение в сторону приемного пьезоэлектрического преобразователя 8. Кроме того сигналом с выхода И 4 будут установлены в "0" счетное устройство и триггер. Счетное устройство вновь начнет с "0" отсчет импульсов, поступающих с управляемого генератора импульсов, и цикл повторится.

Общее время от момента зондирования акустического сигнала в измерительную среду до момента поступления сигнала на второй вход фазового детектора составит

Акустический сигнал, поступающий на приемный пьезоэлектрический преобразователь 8, преобразуется в электрический импульс (фиг. 2f), который поступит на усилитель- формирователь 9, а с него - на первый вход фазового детектора (фиг. 2d). Время от момента зондирования до поступления сигнала на первый вход фазового детектора выразится так:
T_изм+τ_зад,
где Т_изм - время прохождения сигнала в измерительной части акустического тракта синхрокольца,
τ_зад - время прохождения сигнала по синхрокольцу вне измерительной части акустического тракта (время прохождения сигнала по соединительным кабелям, по протекторам пьезоэлементов, задержка сигнала в усилителе-формирователе и т.д.), т.е. время задержки информационного сигнала.

Так как управляемый генератор импульсов 1 управляется от фазового детектора, то частота f₁ изменяется таким образом, что сигналы на первый и второй входы фазового детектора в установившемся режиме поступают одновременно, т. е.

где F₁ - частота автоциркуляции синхрокольца при условии τ_зад = 0.

Частота f₁ = NF₁ поступает на измерительный блок 12. С аналогичной схемы, запускающей акустические импульсы в измерительную среду в противоположном направлении, частота f₂ = NF₂ будет поступать на другой вход измерительного блока 12. В блоке 12 определяется разность частот (f₁ - f₂) = N(F₁ - F₂), являющаяся мерой скорости потока измеряемой среды.

Как видно из блок-схемы, зондирование импульсов происходит не в момент прихода приемного импульса (f₁ на фиг. 2f), как это делается в прототипе, а спустя время, равное

При этом n выбирается таким образом, чтобы за время реверберационные помехи успели затухнуть до необходимой величины (фиг. 2f).

Таким образом, предлагаемое техническое решение повышает точность измерения скорости потока измеряемой среды за счет уменьшения влияния реверберационных помех и вычитания времени задержки сигнала в синхрокольцах на его неизмерительных участках из периода синхрокольца.

Устройство предназначено для использования в измерительной технике для измерения скорости и расхода вещества. Устройство содержит два идентичных синхрокольца. Каждое синхрокольцо состоит из измерительного участка, пьезоэлектрических преобразователей, формирователя импульсов зондирования, усилителя-формирователя, фазового детектора, управляемого генератора импульсов, счетного устройства, измерительного блока и схемы И. В каждое синхрокольцо введены элемент задержки сигнала и триггер, при этом один из выходов счетного устройства соединен со входами триггера и элемента задержки, выход которого соединен со входом фазового детектора, выход триггера соединен со входом схемы И, а выход схемы И подключен к цепям сброса в "0" триггера и счетного устройства. Обеспечивается повышение точности измерения. 2 ил.

Устройство для измерения скорости потока вещества, содержащее два идентичных синхрокольца, каждое из которых состоит из измерительного участка, пьезоэлектрических преобразователей, один из которых соединен с формирователем импульсов зондирования, а другой - с усилителем-формирователем, фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом усилителя-формирователя, а выход - со входом управляемого генератора импульсов, выход которого соединен со входом счетного устройства и измерительного блока, первый выход счетного устройства соединен с первым входом схемы И, выход которой соединен со входом формирователя импульсов зондирования, отличающееся тем, что в каждое синхрокольцо введены элемент задержки сигнала и триггер, при этом второй выход счетного устройства соединен со входами триггера и элемента задержки сигнала, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, выход триггера соединен со вторым входом схемы И, а выход схемы И подключен к цепям сброса в "0" триггера и счетного устройства.