Ультразвуковой расходомер Советский патент 1983 года по МПК G01F1/66 

Иэо&ретенир относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения расхода жидкости ультразвуковым методом.

Известен ультразвуковой расходомер, содержащий акустический преобразователь с двумя пьезоэлементами, два генератора импульсов, триггер, генератор запуска, схему ИЛИ,изме|ритель временных интервалов и линию задержки, в основу измерения расхода котррого положен принцип измерения временной разности ДЬ, прохождения импульсов по потоку, и против него, увеличенной в п раз за счет проведения п таких измерений l

Недостатком таких расходомеров является низкая достоверность измерения из-за временного сдвига или срыва установившихся автоциркуляций импульсов по потоку и против него, вносимых помехами, принимаемых усилителями и незащищенных от случайных сигналов входов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, формирователь управляющих импульсов подключенный к счетчику, вычислительное и региструющее устройства 2J .

Недостатком известного устройства является низкая достоверность измерения за счет того, что вычислительная схема не имеет защиты от приема помех в течение всей длительности периодов автоциркуляции, а также недостаточное быстродействие измерений.

Целью изобретения является повышение быстродействия и достоверности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя,установленных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через -коммутатор к генератору импульсов и счетчику, а также формирователь управляющих импульсов, входы которого подключены к выходам счетчика, дополнительно снабжен двухканальной схемой стробирования, каждый канал которой состоит из последовательно соединенных одновибратора, формирователя стробимпульса, ключа и усилителя, а также оперативным запоминающим устройством, компаратором, двумя схемами И, триггером и генератором импульсов заполнения, причем входы обоих каналов схемы стробирования подключены к выходу формирователя у npia в л яющих импульсов, а выходы - к первому и второму входам оперативного запоминающего устройства, третий и четвертый входы которого подключены к выходам формирователя управляющих импульсов, а выходы - к входам компаратора и первому входу первой схемы И, второй вход которой подключен к выходу формирователя управляющих импульсов, выход компаратора подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первой схемы И, и пятому вхо5ду оперативного запоминающего устройства, выход триггера подключен к первому- входу . второй схемы И, второй вход которо.й подключен к генератору импульсов заполнения, при этом вторые входы ключей двухканальной cxeivu стробирования подключены к выходам коммутатора.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового расходомера; на фиг. 2 - временные диаграммы накопления ячейками.оперативного запоминающего устройства потенциалов при отсутствии потока (фиг. 2а) и при наличии потока (фиг. 26).

Ультразвуковой расходомер содержит акустический датчик 1 с двумя обратимыми электроакустическими преобразователями 2 и 3, генератор 4 импульсов, ксяимутатор 5, счетчик 6, формирователь 7 управляющих импульсов, двухканальную схему 8 стробирования, состоящую из одновибраторов 9 и 10, формирователей 11 и 12 стробимпульсов, ключей 13 и 14, усилителей 15 и 16, -а также оперативное запоминающее устройство 17, компаратор 18, первую схему И 19, триггер 20, генератор 21 импульсов заполнения и вторую схему И 22.Оператийное запоминающее устройство состоит из четырёх ячеек 23 - 26, включенных попарно. ,

Ультразвуковой раЬходомер работает, следующим образом.

В режиме измерение с выхода генератора 4 через коммутатор 5

кратковременные импульсы с Частотой посылки f возбуждают электроакустические преобразователи 2 и 3,осуществляющие одновременную встречную посылку ульт15азвуковых (УЗ) сигналов и раздельный их прием. С помощью счетчик.а 6 подсчитывается п встречно посланных сигналов и выдаются импульсы начгша посылки УЗ волн и п-е -имйульсы окончания каждого подсчета п встречно посланных сигналов,

которые с выхода формирователя 7

управляющих импульсов поступают в

двухканальную схему 8 стробироваi ния и оперативное запоминающее устройство 17 (ОЗУ). Всегда в процессе функционирования ОЗУ 17 две ячейки в заданном временном интервале, определяемом между двумя п-ми импульсами,находятся в режиме накопления и запоми нания потенциалов,а две ячейки - в режиме уравнивания ранее накопле ных ими потенциалов с последующим c6piocoM последних до исходного уровня. Сброс осуществляется импульсом с выхода компаратора 18. В момент принятия схемой режима Измерение импульс начала посылки УЗ волн с выхода формирова теля 7 управляющих импульсов поступает на третий вход ОЗУ 17 и переводит две парные ячейки, напри мер 23 и 24, в -режим накопления. по ;т.енциалов.. Одновременно он подается на одновибраторы 9 и 10 двухканальной схемы Ь стробирования, на выходах которых формируются йременные интервгшы sin ОС (c-Vn,a -cosot) 3 sin ос (c- M -cosol,) причем tjtt;,t , - время распространения УЗ сигнсшом базы измерения в отсутствие потока; 2 время распространения УЗ сигналом базы измерения при Vn xпротив потока; я -- время распространения УЗ Сигналом базы измерения при ,по потоку; - база измарения; , flt - угол расположения базово линии относительно оси трубопровода; С - скорость распространения сигналов в жидкости; максимальная скорость по тока; В течение временного интервала с выхода формирователя 11 стробиру щих импульсов закрыт электронный ключ 13, а в течение временного ин тервала t с выхода формирователя стробирующих импульсов закрыт элек ронный ключ, 14. По истечении времени tj, что со ветствует моменту возможного прихода УЗ сигнала на электроакустичё .преобразователь 2, посланного электроакустическим преобразователем 3, е выхода, одновибратора 9 за ним числом, задержанного импульса запускается формирователь 11 строб рующих импульсов, вырабатывающий стробирующий импульс длительностью , которым электронный клю 13 устанавливается в режим проводи мости для передачи преобразованного сигнала на вход усилителя 15, а по истечении времени tg, соответств-ующего моменту возможного прихода ультразвукового сигнала на электроакустический преобразователь 3, посланного электроакустическим преобразователем 2, с выхода одновибратора. 10 задним фронтом згщержанного импульса запускается формирователь 12 стробирующих импульсов, вырабатывающий стробирующий импульс длительностью , которым электронный ключ 14 устанавливается в режим .проводимости для передачи преобразованного сигнала на вход усилителя 16. Импульс с выхода усилителя 16 переводит ячейку 24 ОЗУ 17 в режим хранения потенциала &13, .накопленного ячейкой за временной интертвan, а импульс с выхода усилителя 15 - ячейку 23 в режим хранения потенциалади , накопленного ячейкой .за временной интервал1,(фйг. 26) , где - временной интервал прохождения УЗ сигнёшом базы измерения по по.току; а ti- временной интер-вал прохождения -УЗ сигналом базы намерения против потока. Всегда при заданном диаметре трубопровода If и j не выходят за пределы значений соответственно t, t.. + ,.t t,i 4 i t2 t H-ut ; tj t ; , Это является необходимым и достаточным условием приема по потоку УЗ сигналов, преобразованных электроакустическим преобразователем 3, в моменты действия.на первом входе электронного ключа 14 стробирующего импульсадлительностью дЪз,а против потока -г сигналов преобразован-; ных электроакустическим преобразователем 2, в моменты действия на первом входе электронного ключа 13 стробирующих импульсов длительностью Л tl. , - „ За п временных интервалов t,ио2г что соотв.етствует количеству посланных в акустический тракт и принятых электроакустическими преобразователями УЗ сигналов в интервале между двумя п-ми импульсами окончания под; счета ячейка 23, например, накапливает Потенциал U, а ячейка 24 - потенциал U2(Фиг. 26), при этом один потенциал приложен к одному, другой - к другому входам компара-, тора 18. Если в трубопроводе отсутствует поток, To i|. Соответственно за равные временные интервалы ячейки 23 и 24 ОЗУ 17 накапливают равныеди ДU2Пoтeнциaлы4 За п временных интервалов

I,потенциалы ячеек достигают уроней

uU, -.,

flU2n U2

при .этом и л 0 (фиг. 2а) .

При наличии потока в принятом направлении всегдаt2vL -Соответственно потенциал лU,накопленный ячейкой 23 за временной интервал 2, больше потенциала uU, накопленного ячейкой 24 за временной интервал ,(фиг. 26)/т.е.

Тогда dU -4U/j 4U

За п временных интервалов tg ячейка 23 накапливает потенциал AU;,,a за п временных интерналов t ячейка 24 накапливает потенциал

jiUjn Ui, при этом ли) п UU2 п

ди n-uU2n UU-n

п-ый импульс окончания подсчета счетчика 6 с выхода формирователя 7 управляющих импульсов устанавливает по четвертому входу ОЗУ его ячейку 23 в режим понижения потенциала до Зфовня потенциала, накопленного ячейкой 24, ячейки 25, 26 - в режим накопления потенциалов, задает передним фронтом, с выхода ОЗУ 17 уровень

Разрешение

на одном из входов

первого элемента И 19, а через другой вход последнего устанавливает триггер 20 в единичное состояние. С выхода триггера 20 на одном из входов элемента И 22 появляется уровень Разрешение, и импульсы генератора 21 заполнения поступают на его выход,.

По истечении времени.uf с момента поступления на четвертый вход ОЗУ 17 п-го импульса счетчика 6 потенциал и ячейки 23 достигает уровня потенциала и ячейки 24, g результате чего компаратор 18 йадает импульс, который с его выхода задает через

пятый вход ОЗУ 17 на одном из входов элемента И 19 уровень Запрещение, устанавливает ячейки 23 и 24 в режим сброса имеющихся потенцилов до исходного уровня, переводит триггер 20 в нулевое состояние. С единичного выkoдa триггера SO на ОДНОМ из входов второго элемента И 22 появляется уровень Запрещение в результате чего прекращается поступление импульсов генератора 21 на информационный выход этого элемента И.

Чем больше скорость потока, тем больше разность U -V -CiV-n и соответственно больше длительность временного интервала 4 f , пропорционального измеряемой величине расхода, в течение которого импульсы генератора 21 заполнения проходят на информационный выход элемента И 22.

Данный ультразвуковой расходомер позволяет повысить достоверность результатов измерения расхода потока жидкой среды, обладает повышеной устойчивостью к воздействию помех за счет временной защиты входов приемных усилителей от воздействия посторонних преобразованных в электрические ультразвуковых сигналов. Кроме того, введенный в расходомере принцип одновременного дисретного накопления потенциалов в двух парных ячейках за период между двумя п-ми импульсами с последующим доведением накопленного потенциала одной ячейкой до уровня потенциала, накопленного другой ячейкой, например, понижение одной з них, позволяет варьировать в широких пределах длительностью интервала,

являющегося мерой расхода. t , . .

Для изготовления расходомера пригодна элементная база широкого примнения, а конструкция имеет блочную разъемную компановку,что упрощает е изготовление и обслуживание в производственных условиях.

X

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, а также формирователь управляющих импульсов, входы которого подключены к выходам счетчика, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности измерения, в него введены двухканальная схема стробирования, каждый канал которой состоит из последовательно соединенных одновибратора, формирователя стрббимпульса, ключа и усилителя, а также оперативное запоминающее устройство, компаратор, две схемы И, триггер и генератор импульсов заполнения, причем входы обоих каналов схемы стробирования подключены к выходу формирователя управляющих импульсов, а выходы - к первому и второму входам оперативного запоминающего устройства, третий и четвертый входы которого подключены к выходам формирователя управляющих импульсов, а ВЫХОДЫ - к входам компаратора и первому входу первой схемы И, второй вход которой подключен к выходу формирователя управляющих импульсов,, jg выход компаратора подключен к первому входу триггера, второй вход кото- гЛ рого подключен к выходу первой схемы 1Л, к пятому входу оперативного запоминающего устройства, выход триггера подключен к первому входу второй схемы И, второй вход которой подключен к генератору импульсов заполнения, при этом вторые входы ключей двухканальной схемы стробирования подключены к выходам ком- мутатора. IND 0

Фи.2