ЦИФРОВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2002 года по МПК G01F1/66 

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

Известен одноканальный ультразвуковой расходомер (см. Авторское свидетельство СССР, МПК G 01 F 1/66, 802791), содержащий синхрокольцо.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ультразвуковой расходомер (см. Громов Г. В. Ультразвуковой накладной расходомер для гомогенных сред. "Приборы и системы управления", М., Машиностроение, 1997, 11, с.17-18), содержащий пьезоэлектрические преобразователи, усилитель, управляемый автогенератор, делитель частоты, формирователь зондирующих импульсов, коммутаторы, блок управления, соединенный с коммутатором, вычислительное устройство и кварцевый генератор.

Недостатком известного устройства является, во-первых, зависимость измерений от скорости ультразвука в стенках трубопровода, которая зависит как от материала трубопровода, так и от его температуры, а во-вторых, известный расходомер может работать только с одной трубой.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей расходомера.

Указанный технический результат достигается тем, что он снабжен схемой фазовой автоподстройки частоты, формирователем кода числа с выходом, связанным с формирователем импульсов длительностью Т_изм, другой вход которого связан с управляемым автогенератором, а выход - с первым входом схемы И, соединенной своим вторым входом с кварцевым генератором, а выходом с вычислительным устройством, при этом входы схемы фазовой автоподстройки частоты соединены с усилителем и делителем частоты, выход - с управляемым автогенератором, а блок управления связан с делителем частоты, формирователем кода числа и вычислительным устройством.

На чертеже представлены: а) - блок-схема предлагаемого расходомера, б) - n одноканальных измерительных участков, в) - вариант схемы формирователя импульсов длительностью Т_изм.

Расходомер содержит коммутатор 1 приемных сигналов, коммутатор 2 зондирующих импульсов, усилитель 3, формирователь зондирующих импульсов 4, схему фазовой автоподстройки частоты 5, управляемый автогенератор 6, формирователь 7 импульсов длительностью Т_изм, делитель частоты 8, формирователь кода числа 9, схему И 10, кварцевый генератор 11, вычислительное устройство 12, блок управления 13, одноканальные измерительные участки 14, пьезоэлектрические преобразователи 15, счетчик импульсов 16, схему совпадения 17.

Цифровой ультразвуковой расходомер работает следующим образом. В первом такте с управляемого автогенератора 6 импульсы непрерывно поступают на делитель частоты 8, а с него - на формирователь зондирующих импульсов 4. Зондирующий импульс через коммутатор 2 поступает на пьезоэлектрический преобразователь 15, допустим, на вход 1 первого одноканального измерительного участка ИУ1 14 на фиг.б. При этом возбудится пьезоэлектрический преобразователь 15 по входу 1, и в измерительной среде начнет распространяться ультразвуковой сигнал в сторону противоположного пьезоэлектрического преобразователя 15 этого же измерительного участка. В момент достижения ультразвуковым сигналом противоположного пьезоэлектрического преобразователя на выходе последнего (выход 1) появится электрический импульс, который через коммутатор 1 (вход 1) поступит на усилитель 3, а с него - на схему фазовой автоподстройки частоты 5. В этот же момент со второго выхода делителя частоты 8 на схему фазовой автоподстройки частоты 5 также должен поступить электрический импульс. В противном случае на выходе фазовой автоподстройки частоты 5 изменится сигнал, который изменит частоту автогенератора 6 таким образом, чтобы сигналы на оба входа схемы фазовой автоподстройки частоты 5 поступали одновременно. С выхода автогенератора 6 частота f_r1 будет поступать на формирователь 7 импульсов длительностью Т_изм. При этом формирователь 7 представляет собой счетчик импульсов 16 (см. фиг.в), связанный со схемой совпадения 17 по одним входам, а на другие входы схемы совпадения 17 поданы выходы формирователя кода числа 9, представляющего собой регистр, в который записывается код числа с блока управления 13.

Таким образом, на выходе формирователя 7 будут появляться импульсы с длительностью T_изм.1=N_фк/f_r1, где N_фк - код числа, задаваемый формирователем кода числа 9 по команде блока управления 13. В этом случае при помощи схемы И 10 на вычислительное устройство 12 за время Т_изм.1 от кварцевого генератора 11 поступит число импульсов, равное

где f_кв - частота кварцевого генератора 11.

Во втором такте по команде блока управления 13 зондирующий импульс от формирователя зондирующих импульсов 4 через коммутатор 2 поступит на пьезоэлектрический преобразователь 15 (вход 2) этого же измерительного участка ИУ1, и ультразвуковые колебания начнут распространяться по измерительной среде в противоположном направлении, а с приемного пьезоэлектрического преобразователя 15 (выход 2) сигнал поступит на вход 2 коммутатора 1. Аналогично, как и в первом такте, произойдет подстройка автогенератора 6, и в вычислительное устройство 12 будет записано число

Таким образом, в два такта в вычислительное устройство 12 поступит два числа (N₁ и N₂), которые пропорциональны временам распространения ультразвуковых сигналов в одном измерительном участке ИУ1 по потоку (Т⁺) и против потока (Т^-). Затем вычислительное устройство определяет расход (Q₁) контролируемой среды в данном измерительном участке по известному алгоритму:
,
где K₁ - коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией данного измерительного участка и параметрами измеряемой среды.

Таким же способом по сигналам блока управления 13 определяются T⁺ и Т^- в каждом из n измерительном участке, а затем вычисляются значения расходов (Q) в них. При этом в зависимости от конструкций измерительных участков (например, диаметров труб) по командам блока управления 13 могут меняться как числа в формирователе кода числа 9, так и коэффициенты деления в делителе частоты 8.

Таким образом, с помощью одних и тех же элементов схемы производятся измерения расходов в нескольких измерительных участках, что позволяет повысить точность измерения расхода и расширить функциональные возможности расходомера.

Расходомер содержит n одноканальных измерительных участков с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, коммутатор зондирующих импульсов, коммутатор приемных сигналов, усилитель, схему фазовой автоподстройки частоты, управляемый автогенератор, формирователь зондирующих импульсов, формирователь импульсов длительностью Т_изм, кварцевый генератор, схему И. С коммутаторами связан блок управления, подключенный к делителю частоты, формирователю кода числа и вычислительному устройству. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения благодаря использованию одних и тех же элементов схемы в нескольких акустических каналах, в каждом из которых организуются синхрокольца, работающие по и против потока. 1 ил.

Цифровой ультразвуковой расходомер, содержащий пьезоэлектрические преобразователи, усилитель, управляемый автогенератор, делитель частоты, формирователь зондирующих импульсов, коммутаторы, блок управления, соединенный с коммутаторами, вычислительное устройство и кварцевый генератор, отличающийся тем, что он снабжен схемой фазовой автоподстройки частоты, формирователем кода числа с выходом, связанным с формирователем импульсов длительностью Т_изм, другой вход которого связан с управляемым автогенератором, а выход - с первым входом схемы И, соединенной своим вторым входом с кварцевым генератором, а выходом - с вычислительным устройством, при этом входы схемы фазовой автоподстройки частоты соединены с усилителем и делителем частоты, выход - с управляемым автогенератором, а блок управления связан с делителем частоты, формирователем кода числа и вычислительным устройством.