Ультразвуковой расходомер Российский патент 2025 года по МПК G01F1/66 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании ультразвуковых расходомеров, предназначенных для измерения расхода жидкостей и газов в различных отраслях промышленности.

Известен ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь расхода, выполненный в виде двух электроакустических преобразователей (ПЭА), установленных на измерительном участке трубопровода, и связанных с электронным блоком коаксиальными кабелями (см. патент РФ №2104498, опубл. 10.02.1998).

Недостатком устройства является низкая помехоустойчивость к помехам общего вида.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству аналогом, является ультразвуковое измерительное устройство (Патент США № 4424715, кл. G01F 1/66, 10.01.1984, Fig. 1), содержащее две идентичные ветви, каждая из которых включает в себя ПЭА, подключенный к первичной обмотке импульсного трансформатора с помощью коаксиального кабеля, коммутатор, образованный первым и вторым биполярными транзисторами, эмиттеры которых соединены с общей шиной, а их коллекторы подключены соответственно к первому и второму выводам вторичной обмотки трансформатора. Известное устройство содержит также первую и вторую цепочки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных двух идентичных резисторов, ключевой транзистор, усилитель и микроконтроллер. Причем первые выводы импульсных трансформаторов, входящих в состав ветвей, соединены друг с другом с помощью первой цепочки, а вторые выводы этих же трансформаторов соединены с помощью второй цепочки. При этом общая точка соединения резисторов, входящих в состав первой цепочки, подключена к коллектору ключевого транзистора, а аналогичная точка второй цепочки соединена со входом усилителя, выход которого в свою очередь подключен ко входу микроконтроллера. База ключевого транзистора соединена с первым выходом микроконтроллера, а базы разноименных транзисторов коммутаторов подключены соответственно ко второму и третьему выходам микроконтроллера, уровни сигналов на которых определяет направление зондирования сигнала.

Недостатком наиболее близкого аналога является сравнительно низкая помехоустойчивость к помехам общего вида, а также малая эксплуатационная стойкость к грозовым разрядам (грозозащищенность).

Задачей заявленного изобретения является увеличение помехоустойчивости ультразвукового расходомера к помехам общего вида при одновременном достижении высокой степени грозозащищенности.

Указанный технический результат достигается тем, что в ультразвуковой расходомер, содержащий укрепленные на контролируемом участке трубопровода первый и второй пьезопреобразователи, подключенные к первичным обмоткам соответственно первого и второго импульсных трансформаторов с помощью первой и второй линии связи, первый и второй резисторы, первый ключевой транзистор, усилитель и микроконтроллер, первичные обмотки импульсных трансформаторов выполнены с отводом от середины, в качестве линий связи используется витая пара с экраном, соединенным с отводом от середины первичной обмотки одноименного импульсного трансформатора, каждый пьезопреобразователь выполнен с электрической изоляцией пьезокерамики от его корпуса, усилитель имеет дифференциальный вход и выход, дополнительно введены, подключенные параллельно пьезопреобразователям первая и вторая согласующие индуктивности, первый и второй трехэлектродные разрядники, периферийные электроды которых включены между проводниками одноименных линий связи, а их центральные электроды подсоединены к средним точкам первичных обмоток соответственно первого и второго импульсных трансформаторов, клемма защитного заземления, первый и второй двухэлектродные разрядники, первые электроды которых подключены к средним точкам первичных обмоток одноименных трансформаторов, а вторые электроды - к клемме защитного заземления, первый и второй несимметричные супрессоры, первый, второй, третий и четвертый импульсные диоды, первый, второй, третий и четвертый ограничители напряжения, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, первый и второй дифференциальные коммутаторы, также выполненные на одном кристалле в виде отдельной микросхемы, согласующий трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключен вход усилителя, последовательно соединенные дифференциальный полосовой фильтр и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с дифференциальным входом, двухканальный цифровые изолятор, первый, второй и третий элементы 2ИЛИ-НЕ, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, второй ключевой транзистор, выполненный вместе с первым транзистором на одном кристалле в виде отдельной микросхемы, накопительный конденсатор, токоограничивающий элемент, первый и второй блоки питания, к первому выводу вторичной обмотки первого импульсного трансформатора подключены аноды первого супрессора и первого диода, а также вход первого ограничителя напряжения, ко второму выводу вторичной обмотки первого импульсного трансформатора подсоединены вход второго ограничителя напряжения, катоды первого супрессора и второго диода, анод которого подключен к общей шине, аналогично, к первому выводу вторичной обмотки второго импульсного трансформатора подключены аноды второго супрессора и третьего диода, а также вход третьего ограничителя напряжения, второй вывод вторичной обмотки второго импульсного трансформатора соединен с одной стороны со входом четвертого ограничителя напряжения, а с другой - с катодами второго супрессора и четвертого диода, анод которого подключен к общей шине, выходы первого и второго ограничителей напряжения через ключи первого дифференциального коммутатора подключены к первичной обмотке согласующего трансформатора, к которой, в свою очередь, через второй коммутатор подсоединены выходы третьего и четвертого ограничителей, прямой и инверсный выходы усилителя подключены к одноименным входам дифференциального фильтра, первый выход микроконтроллера подсоединен через первый канал цифрового изолятора к первым входам второго и третьего логических элементов 2ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к затворам первого и второго ключевых полевых транзисторов, истоки первого и второго транзисторов соединены с отрицательными полюсами первого и второго источников питания, в первом случае непосредственно, а во втором - через ограничитель тока, c нижней обкладкой накопительного конденсатора и выводами, на которое подается отрицательное питающее напряжение цифрового изолятора и элементов 2ИЛИ-НЕ, стоки первого и второго ключевого транзистора, подключены соответственно к катодам первого и третьего импульсных диодов, второй выход микроконтроллера подключен c одной стороны к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а с другой - через второй канал цифрового изолятора ко вторым входам второго и третьего логических элементов 2ИЛИ-НЕ в первом случае непосредственно, а во втором - через первый элемент 2ИЛИ-НЕ, включенный по схеме инвертора, вход управления коэффициентом передачи усилителя подключен к управляющей шине микроконтроллера, а выход АЦП соединен с шиной данных микроконтроллера, выводы цифрового изолятора, а также элементов 2ИЛИ-НЕ, на которые подается положительное питающее напряжение, подключены к соответствующему полюсу первого источника питания, первый и второй резисторы подключены параллельно одноименным двухэлектродным разрядникам.

Ниже представлен сравнительный анализ заявленного устройства и его наиболее близкого аналога.

В практике измерения расхода типична задача приема сигналов низкого уровня от электроакустических преобразователей, удаленных на значительное - до нескольких сотен метров - расстояние от электронного блока. В таких пространственно-разнесенных системах возникают помехи общего вида, уровень которых весьма часто превышает амплитуду полезного сигнала (см., например, Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергия. Ленингр. Отд-ние, 1980. - 248 с., ил., стр. 83-84). К тому же, с целью экономии средств и сокращения времени монтажа ультразвукового расходомера прокладка линий связи ПЭА осуществляется воздушным путем, что обуславливает (см., например, Кравченко В.И. Грозозащита радиоэлектронных средств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991. - 264 с. ил.):

• во-первых, появление электростатических зарядов на кабеле, индуцируемых грозовыми облаками;

• во-вторых, появление в проводниках линии связи наведенной эдс значительного уровня от грозовых разрядов.

В устройстве-прототипе для подключения электроакустических преобразователей используется коаксиальный кабель, который, как известно (см., например, Стрижевский Н.З. Коаксиальные видеолинии. - М.: Радио и связь, 1988. - 200 с.: ил., стр. 117-119 и Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. Справочник-2-е изд перераб и доп-М.: Радио и связь, 1990. - 512 с: ил., стр. 122-124), плохо защищает от помех общего вида.

В предложенном устройстве для подключения ПЭА используется симметричная линия связи. Казалось бы, можно использовать симметричную линию связи и в устройстве - прототипе, на входе которого стоит трансформатор, однако преимущества экранированной симметричной линии не могут быть реализованы в данном случае, т.к. для исключения преобразования продольной помехи в поперечную оконечные импедансы для каждого провода пары относительно земли должны быть идентичны (см., например, Рикетс Л.У., Бриджес Дж. Э., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты: Пер. с англ., Под ред. Н.А. Ухина. - М.: Атомиздат, 1979. 328 с., с. 125.). Данное условие в устройстве - прототипе нарушается, т.к. вторичная обмотка входного трансформатора подключена несимметрично относительно земли.

В предложенном же устройстве требование к идентичности импедансов для каждого провода пары симметричной линии связи 8 или 9 выполняется в силу следующих причин:

• каждая ветвь содержит одинаковые элементы - ограничители напряжения 23 и 24(25 и 26) и ключи, входящие в состав коммутаторов 29(30), причем режимы их работы совпадают;

• компоненты, входящие в состав ограничителей напряжения 23-26, имеют согласованные характеристики и находятся в одинаковых условиях, т.к. выполнены в едином технологическом цикле на одном кристалле;

• компоненты, входящие в состав коммутаторов 29 и 30, также выполнены на одном кристалле, что обуславливает идентичность их характеристик;

• согласующий трансформатор 31 нагружен на симметричный (дифференциальный) вход усилителя 32.

• подключение ключевых транзисторов 39 и 40 к соответствующим проводникам осуществляется с помощью импульсных диодов 19-22, которые в силу наличия малой проходной емкости устраняют влияние транзисторов на симметрию схемы.

В устройстве - прототипе не предприняты никакие меры по защите схемы

расходомера от проявлений грозовой деятельности.

В предложенном же устройстве стеканию электростатических зарядов с одного из кабелей 8(9) на землю способствует двухполюсник, образованный параллельным соединением резистора 12(13) и двухэлектродного разрядника 14(15), который работает следующим образом:

• если потенциал электростатического заряда ниже напряжения срабатывания разрядника 14(15), то заряды отводятся на «землю» через резистор 12(13);

• при возникновении на кабеле потенциала, превышающего напряжение пробоя разрядника 14(15), последний срабатывает и заряды отводятся на «землю» уже через него.

Применение подобного двухполюсника позволяет организовать «гладкое» стекание зарядов, что снижает нагрузку на разрядник и увеличивает стабильность работы расходомера в условиях высокой напряженности электростатических полей.

При возникновении между какими - либо проводами, например, линии связи 8 высоковольтного импульса с амплитудой, превышающей напряжение срабатывания разрядника 10, последний переходит в проводящее состояние и ограничивает напряжение на первичной обмотке импульсного трансформатора 6 на уровне ~350 В для коротких импульсов или ~90 В для длительных импульсов. Во вторичной обмотке трансформатора 6 появляется импульс, который ограничивается супрессором 17. Т.к. супрессор является однонаправленным, то уровни ограничения зависят от полярности импульсов, приложенных к нему. Возможны два случая:

• первый - к супрессору 17 приложено напряжение в прямом направлении, следовательно, амплитуда импульса будет ограничена на уровне ~1,5 - 3 В;

• к супрессору 17 приложено напряжение в обратном направлении, следовательно, амплитуда импульса будет определяться напряжением пробоя супрессора, которое составляет несколько десятков вольт.

В первом случае по отношению к импульсу на супрессоре 17 диоды 19 и 20 включены в прямом направлении и на транзистор 39 попадет импульс с амплитудой, уменьшенной на сумму падений напряжения на них, что составит в худшем случае несколько вольт, что, естественно, вывести из строя транзистор 39 не сможет.

Во втором случае по отношению к импульсу на супрессоре 17 диоды 19 и 20 включены в обратном направлении и на ключевой транзистор 39 импульс не проходит.

Независимо от полярности импульса на супрессоре 17, на выходе ограничителей напряжения 23 и 24 его амплитуда составит величину ~0,7 В, что предотвратит выход из строя коммутатора 29.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенным образом ослабить помеху общего вида и достичь высокой степени грозозащищённости.

На момент подачи заявки авторами не обнаружены технические решения аналогичные или сходные отличительным признакам предполагаемого изобретения в патентах или в научно-технической литературе, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию патентной чистоты.

Предполагаемое изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 - структурная схема предлагаемого ультразвукового расходомера;

Фиг. 2 - диаграммы сигналов, поясняющие работу предлагаемого устройства.

Устройство содержит укрепленные на контролируемом участке трубопровода 1 первый 2 и второй 3 (ПЭА), каждый из которых представляет из себя двухполюсник в виде параллельного соединения пьезопреобразователя 4 и согласующей индуктивности 5, подключенные к первичным обмоткам соответственно первого 6 и второго 7 импульсных трансформаторов с помощью первой 8 и второй 9 симметричных линий связи, экраны которых соединены с отводами от середин первичных обмоток одноименных импульсных трансформаторов, первый 10 и второй 11 трехэлектродные разрядники, периферийные электроды которых включены между проводниками одноименных линий связи, а их центральные электроды подсоединены к средним точкам первичных обмоток соответственно первого 6 и второго 7 импульсных трансформаторов, первый 12 и второй 13 высокоомные высоковольтные резисторы, параллельно которым подключены первый 14 и второй 15 двухэлектродные разрядники, первые электроды которых подключены к средним точкам первичных обмоток одноименных импульсных трансформаторов, а вторые электроды - к клемме 16 защитного заземления, первый 17 и второй 18 несимметричные супрессоры, первый 19, второй 20, третий 21 и четвертый 22 импульсные диоды, первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 ограничители напряжения, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, например, MD0101 (Supertex inc.), каждый из которых представляет собой Г - образный четырехполюсник, продольная ветвь которого образована нелинейным резистором 27, а поперечная - двухполюсником 28 в виде двух диодов, включенных встречно - параллельно, первый 29 и второй 30 дифференциальные коммутаторы, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, например, ADG794 (Analog Devices), последовательно соединенные согласующий трансформатор 31, дифференциальный усилитель c регулируемым коэффициентом усиления 32, дифференциальный полосовой фильтр 33 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 34 с дифференциальным входом, а также двухканальный цифровой изолятор 35, например, ADuM3210 (Analog Devices), первый 36, второй 37 и третий 38 элементы 2ИЛИ-НЕ, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, например, MC74AC02 (ON Semiconductor), первый 39 и второй 40 ключевые полевые транзисторы, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, например, IRF7103 (Inernational Rectifier), накопительный конденсатор 41, токоограничивающий элемент 42, первый 43 и второй 44 изолированные блоки питания, микроконтроллер 45.

К первому выводу вторичной обмотки трансформатора 6 подключены аноды первого 17 супрессора и первого 19 диода, а также вход первого ограничителя напряжения 23. Ко второму выводу вторичной обмотки трансформатора 6 подсоединены вход второго ограничителя напряжения 24, катоды первого 17 супрессора и второго 20 диода, анод которого подключен к общей шине.

Аналогично, к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 7 подключены аноды второго 18 супрессора и третьего 21 диода, а также вход третьего ограничителя напряжения 25. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора 7 соединен с одной стороны со входом четвертого ограничителя напряжения 26, а с другой - с катодами второго 18 супрессора и четвертого 22 диода, анод которого подключен к общей шине.

Выходы первого 23 и второго 24 ограничителей напряжения через коммутатора 29 подключены ко входу согласующего трансформатора 31, к которому, в свою очередь, через второй коммутатор 30 подсоединены выходы третьего 25 и четвертого 26 ограничителей напряжения.

Первый выход 46 микроконтроллера 45 подсоединен через первый канал цифрового изолятора 35 к первым входам второго 37 и третьего 38 логических элементов 2ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к затворам первого 39 и второго 40 ключевых транзисторов. Истоки первого 39 и второго 40 транзисторов соединены с отрицательными полюсами первого 43 и второго 44 источников питания, в первом случае непосредственно, а во втором через ограничитель тока 42, c нижней обкладкой накопительного конденсатора 41 и с выводами, на которые подается отрицательное питающее напряжение, следующих микросхем:

• цифрового изолятора 35;

• элементов 2ИЛИ-НЕ 36-38.

Стоки транзисторов 39 и 40 подключены соответственно к катодам первого 19 и третьего 21 импульсных диодов.

Второй выход 47 микроконтроллера 45 подключен c одной стороны к управляющим входам первого 29 и второго 30 коммутаторов, а с другой - через второй канал цифрового изолятора 35 - ко вторым входам второго 37 и третьего 38 логических элементов 2ИЛИ-НЕ в первом случае непосредственно, а во втором - через первый 36 элемент 2ИЛИ-НЕ, включенный по схеме инвертора.

Вход управления коэффициентом передачи усилителя 32 подключен к выходу 48 микроконтроллера 45, шина данных 49 которого соединена с выходом АЦП 34.

Выводы цифрового изоляторов 35, а также элементов 2ИЛИ-НЕ 36-38, на которые подается положительное питающее напряжение, подключены к соответствующему полюсу первого источника питания 43.

Следует отметить, что величина индуктивности 5 выбирается таким образом, чтобы скомпенсировать статическую емкостью пьезопреобразователя 4 на частоте его механического резонанса.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Рабочий цикл устройства распадается на два такта - «по потоку» и «против потока», задаваемых с помощью микроконтроллера 45.

Рассмотрение работы устройства начнем в момент времени , предшествующий такту «по потоку» (фиг. 2).

В момент времени на первом выходе 46 микроконтроллера 45 установлен сигнал высокого уровня (фиг. 2 поз. a), проходящий через первый канал цифрового изолятора 35 на первые входы второго 37 и третьего 38 логических элементов 2ИЛИ-НЕ, на выходах которых формируются напряжения низкого уровня, поступающее соответственно на затворы первого 39 (фиг. 2 поз. д), и второго 40 (фиг. 2 поз. е) ключевых транзисторов. Следовательно, транзисторы 39 и 40 заперты, а накопительный конденсатор 41 заряжен до напряжения (фиг. 2 поз. б), вырабатываемого высоковольтным источником питания 44.

В момент времени на втором выходе 47 микроконтроллера 45 установлен сигнал высокого уровня (фиг. 2 поз. в).

В момент времени , соответствующий началу такта «по потоку», на втором выходе 47 микроконтроллера 45 формируется сигнал низкого уровня (фиг. 2 поз. в), поступающий с одной стороны на управляющие входы дифференциальных коммутаторов 29 и 30, а с другой - на вход второго канала цифрового изолятора 35, с выхода которого напряжение низкого уровня подается на вторые входы второго 37 и третьего 38 логических элементов 2ИЛИ-НЕ в первом случае непосредственно, а во втором - через первый 37 элемент 2ИЛИ-НЕ. Схема построения коммутаторов 29 и 30 выбрана таким образом, что при поступлении логического сигнала низкого уровня на их управляющие входы, коммутатор 29 размыкается, а коммутатор 30 замыкается, соединяя тем самым первичную обмотку согласующего трансформатора 31 соответственно с выходами третьего 25 и четвертого 26 ограничителей напряжения.

В момент времени микроконтроллер 45 по шине 48 (фиг. 2, поз. г) устанавливает необходимый коэффициент усиления усилителя 32.

В момент времени на выходе 46 микроконтроллера 45 формируется зондирующий импульс (фиг. 2 поз. а) отрицательной полярности с длительностью, равной величине , где - резонансная частота ПЭА 2 и 3, который, пройдя через первый канал цифрового изолятора 35 и второй 37 логический элемент 2ИЛИ-НЕ, преобразуется в положительный видеоимпульс (фиг. 2 поз. д), поступающий на затвор первого 39 ключевого транзистора. При этом ключевой транзистор 39 открывается и накопительный конденсатор 41 в промежутке времени разряжается по цепи: нижняя обкладка конденсатора 41 - канал транзистора 39 - импульсный диод 19 - вторичная обмотка импульсного трансформатора 6 - диод 20 - верхняя обкладка конденсатора 41, формируя в первичной обмотке трансформатора 6 зондирующий импульс, поступающий через симметричную линию связи 8 на ПЭА 2, который преобразует его в ультразвуковой зондирующий сигнал, распространяющийся в контролируемой среде «по потоку». Прошедший через среду ультразвуковой импульс принимается и преобразуется ПЭА 3 в радиоимпульс, который, через симметричную линию связи 9, импульсный трансформатор 7, ограничители напряжения 25 и 26 и дифференциальный коммутатор 30 поступает на вход трансформатора 31. В момент времени , соответствующий прогнозируемому времени появления радиоимпульса, микроконтроллер по шине 49 инициирует работу АЦП 34, на вход которого принятый сигнал (фиг. 2 поз. ж) поступает через цепочку из последовательно соединенных усилителя 32 и полосового фильтра 33. В результате этого из сигнала на входе АЦП 34 в течение промежутка времени формируются дискретные отсчеты (фиг. 2 поз. з), которые записываются в память микроконтроллера 45.

В момент времени такт «по потоку» завершается.

Работа устройства в такте «против потока» начинается в момент времени , когда на втором выходе 47 микроконтроллера 45 формируется сигнал высокого уровня (фиг. 2 в), следовательно, коммутатор 30 размыкается, а коммутатор 29 замыкается, соединяя тем самым вход согласующего трансформатора 31 с выходами ограничителей напряжения 23 и 24.

На протяжении интервала времени на первом выходе 47 микроконтроллера 45 установлен сигнал высокого уровня (фиг. 2 поз. a), таким образом, в данном интервале времени транзисторы 39 и 40 заперты, а накопительный конденсатор 41 заряжается по цепи: отрицательный вывод высоковольтного источника 44 - ограничитель тока 42 - нижняя обкладка конденсатора 41 - верхняя обкладка конденсатора 41 - общий провод. Параметры ограничителя тока 42 подобраны таким образом, чтобы к моменту времени переходный процесс, вызванный зарядом конденсатора 41, был бы завершен (фиг. 2 поз. б), т.е. конденсатор 41 вновь будет заряжен до напряжения .

В момент времени микроконтроллер 45 по шине 48 (фиг. 2, поз. г) устанавливает необходимый коэффициент усиления усилителя 32.

В момент времени на первом выходе 46 микроконтроллера 45 формируется зондирующий импульс (фиг. 2 поз. а) отрицательной полярности с длительностью, равной величине , который, пройдя через первый канал цифрового изолятора 35 и третий 38 логический элемент 2ИЛИ-НЕ, преобразуется в положительный видеоимпульс (фиг. 2 поз. е), поступающий на затвор второго 40 транзистора. При этом транзистор 40 открывается и накопительный конденсатор 41 в промежутке времени разряжается по цепи: нижняя обкладка конденсатора 41 - канал ключевого транзистора 40 - импульсный диод 21 - вторичная обмотка импульсного трансформатора 7 - диод 22 - верхняя обкладка конденсатора 41, формируя в первичной обмотке трансформатора 7 зондирующий импульс, поступающий через симметричную линию связи 9 на ПЭА 3, который преобразует его в ультразвуковой зондирующий сигнал, распространяющийся в контролируемой среде «против потока». Прошедший через контролируемую среду ультразвуковой импульс принимается и преобразуется ПЭА 2 в радиоимпульс, который, через симметричную линию связи 8, импульсный трансформатор 6, ограничители напряжения 23 и 24 и дифференциальный коммутатор 29 поступает на вход согласующего трансформатора 31. В момент времени , соответствующий прогнозируемому времени появления радиоимпульса, микроконтроллер 45 по шине 49 инициирует работу АЦП 34. В результате этого из сигнала на входе АЦП 34 (фиг. 2 поз. ж) в течение промежутка времени формируются дискретные отсчеты (фиг. 2 поз. з), которые также записываются в память микроконтроллера 45 для дальнейшей обработки. В момент времени такт «против потока», а следовательно, рабочий цикл завершается.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании ультразвуковых расходомеров, предназначенных для измерения расхода жидкостей и газов в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения состоит в том, что каналы прохождения сигналов по потоку и против выполнены с высокой степенью симметричности, начиная от соответствующего электроакустического преобразователя, подключенного ко входу импульсного трансформатора с помощью экранированной симметричной линии связи, и заканчивая цепочкой последовательно соединенных ограничителей напряжения, дифференциального коммутатора, согласующего трансформатора, выход которого подключен ко входу дифференциального усилителя. Для достижения устойчивости предложенного устройства к проявлениям грозовой деятельности расходомер снабжен трехступенчатой системой защиты, позволяющей исключить попадание высоковольтных импульсов как на вход приемника, так и на выход передатчика. Технический результат - увеличение помехоустойчивости ультразвукового расходомера к помехам общего вида при одновременном достижении высокой степени грозозащищенности. 2 ил.

Ультразвуковой расходомер, содержащий укрепленные на контролируемом участке трубопровода первый и второй пьезопреобразователи, подключенные к первичным обмоткам соответственно первого и второго импульсных трансформаторов с помощью первой и второй линии связи, первый и второй резисторы, первый ключевой транзистор, усилитель и микроконтроллер, отличающийся тем, что первичные обмотки импульсных трансформаторов выполнены с отводом от середины, в качестве линий связи используется витая пара с экраном, соединенным с отводом от середины первичной обмотки одноименного импульсного трансформатора, каждый пьезопреобразователь выполнен с электрической изоляцией пьезокерамики от его корпуса, усилитель имеет дифференциальный вход и выход, дополнительно введены подключенные параллельно пьезопреобразователям первая и вторая согласующие индуктивности, первый и второй трехэлектродные разрядники, периферийные электроды которых включены между проводниками одноименных линий связи, а их центральные электроды подсоединены к средним точкам первичных обмоток соответственно первого и второго импульсных трансформаторов, клемма защитного заземления, первый и второй двухэлектродные разрядники, первые электроды которых подключены к средним точкам первичных обмоток одноименных трансформаторов, а вторые электроды - к клемме защитного заземления, первый и второй несимметричные супрессоры, первый, второй, третий и четвертый импульсные диоды, первый, второй, третий и четвертый ограничители напряжения, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, первый и второй дифференциальные коммутаторы, также выполненные на одном кристалле в виде отдельной микросхемы, согласующий трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключен вход усилителя, последовательно соединенные дифференциальный полосовой фильтр и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с дифференциальным входом, двухканальный цифровой изолятор, первый, второй и третий элементы 2ИЛИ-НЕ, выполненные на одном кристалле в виде законченной микросхемы, второй ключевой транзистор, выполненный вместе с первым транзистором на одном кристалле в виде отдельной микросхемы, накопительный конденсатор, токоограничивающий элемент, первый и второй блоки питания, к первому выводу вторичной обмотки первого импульсного трансформатора подключены аноды первого супрессора и первого диода, а также вход первого ограничителя напряжения, ко второму выводу вторичной обмотки первого импульсного трансформатора подсоединены вход второго ограничителя напряжения, катоды первого супрессора и второго диода, анод которого подключен к общей шине, аналогично к первому выводу вторичной обмотки второго импульсного трансформатора подключены аноды второго супрессора и третьего диода, а также вход третьего ограничителя напряжения, второй вывод вторичной обмотки второго импульсного трансформатора соединен с одной стороны со входом четвертого ограничителя напряжения, а с другой - с катодами второго супрессора и четвертого диода, анод которого подключен к общей шине, выходы первого и второго ограничителей напряжения через ключи первого дифференциального коммутатора подключены к первичной обмотке согласующего трансформатора, к которой, в свою очередь, через второй коммутатор подсоединены выходы третьего и четвертого ограничителей, прямой и инверсный выходы усилителя подключены к одноименным входам дифференциального фильтра, первый выход микроконтроллера подсоединен через первый канал цифрового изолятора к первым входам второго и третьего логических элементов 2ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены к затворам первого и второго ключевых полевых транзисторов, истоки первого и второго транзисторов соединены с отрицательными полюсами первого и второго источников питания, в первом случае непосредственно, а во втором - через ограничитель тока, c нижней обкладкой накопительного конденсатора и выводами, на которые подается отрицательное питающее напряжение цифрового изолятора и элементов 2ИЛИ-НЕ, стоки первого и второго ключевых транзисторов подключены соответственно к катодам первого и третьего импульсных диодов, второй выход микроконтроллера подключен c одной стороны к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а с другой - через второй канал цифровой изолятор ко вторым входам второго и третьего логических элементов 2ИЛИ-НЕ в первом случае непосредственно, а во втором - через первый элемент 2ИЛИ-НЕ, включенный по схеме инвертора, вход управления коэффициентом передачи усилителя подключен к управляющей шине микроконтроллера, а выход АЦП соединен с шиной данных микроконтроллера, выводы цифрового изолятора, а также элементов 2ИЛИ-НЕ, на которые подается положительное питающее напряжение, подключены к соответствующему полюсу первого источника питания, первый и второй резисторы подключены параллельно одноименным двухэлектродным разрядникам.