Ультразвуковой частотно-импульсный расходомер Советский патент 1983 года по МПК G01F1/66 

Изоб{5С:тение отж. ;ni ,Я к li :jMef;HTP,ri ной TISJXHHKC, а точнее к и .-ijc-nnio скорости и расхода HemncThii i. iiл-Фоьиь ультразвука, и может бить и споль.зс.ва но в криоген ой технике, канс1ли: а11 и мелиорации, нефтяной, хи.гич,п;кой, металлургической и других отраслях п ромыцш е н н о с ти . По основному авт. св. № 802791 известен улыраявуковой частотно-импульсный расходомер, содержащий по крайней мере одно синхрокольцо, состоящее из последонательно соединенных усилителя-Формирователя, схемы запрета, формирователя импульсов- вс-З буждения и акус тическОГо преобразова теля, и измерительный блок, при этом к каждому синхрокольцу подключе ы управляемый автогенсратор заг ус} аю1цих импульсов, схема И, :;ервый запо--ииаю шчй элемент, схема и фазой; 1Й автоподстройки, выход которой сосигиней с входом управляемого автогенера тора запускающих импульсюв, выход к торого подключен к зходам измеритель ного блока, первого запоминающего эл мента, синх1;х5входу второго запоминаю щего элемента и схемлз; И, другой вход, которой соединен с выходом перього запоминающего элемента, а выход - с входами формирователя имГ1ул ;сов возбуждения и схемы запрета, выход кото рой подключен к другому входу запоми нающего злемер:та, выход последнего соединен с втopыfv1 входом схемы поиск и фазовой автоподстройки и входом вт рого запоминающего элемента, выход которого соединен с раз 1«шаю-1иим вход измерительного блока. В извес1-ком расходомере осуществл ется контроль прохождения каждого им пульоа через контролируемую среду, а в случае пропадания хотя бы одь;ого из них прекращается регистрация результатов измерений. Восстановление работы расходомера осуществляется с помощью автогенератора запускающих импульсов, связанного по частоте и фазе о импульсами синхрокольгга. |,)дна ко, если расходомер не воостано.вил свою работу от первого импульса с выхода автогенератора, то прибор переход1- Т в режим поиска, В этом режим частота автогенератора перестраивается по пилообразному закону во всем диапазоне возможных изменений периода следования импульсов автоциркуляции синхрокольца l. Однако возникают нарушения акустического канала из-за наличия инородных включений в контролируемой среде. Время распространения ультразвукового в контролируемой среде мало ( в трубах диаметром один метр - зто величина порядка одной миллисекунды), поэтому при реальных скоростях потоков первые восстанавливающие импульсы с пыхс:)да ав т-;;Генера 1Ора :опадаь.1г Hi Г .i; i:ai.oe n |.тепятствие к расхо;г-r.t-i. in: может восстановить .:вою pif;i-ry. Поиск же занимает значительчый .промежуток времени, в течение чигорсго прияодит к дополнителькоЯ отре:янос::и и 3 мере ни я . LIej:b n3o6pe7eFiH н - no3ijijjeHHe точности измерений и рас;1ирег;ие ofinacTr применении расходс мера . Пос; таБ ленна и цесть га с:тся тем, ул1: тразвукоЕОй частотноимпульсный расходомер снабжен второй c:xci oй запрета и Еремязад.;ающим устрюйс: тэом, при-;еь1 nepBijf вход врем я 3 ад агац ег-о ус тройс тв а п одк люч ен к рыхону второго 3anoM iHaroti eiO эдеме нт-а, Б гетрой его г-ход подклх-че;- к Еыхо, первого з апс1мииаю1его элемента, а -кход, - ; установочному входу BTODC) -jarr -iMHaKti его элеме тта и нходу второй схемы з ;прета, второй вход которой подключен; к выходу у:1ран1 яемого автогенератора зап -скаю1цих кмпульсоЕ, а выход - к первому входу схемы поиска и фазг;ВОй автоподстройки. На фиг-. 1 показг1на блок-ск ма расходомера с одним синхроко;: :.. ,., ; на фиг. 2 - диаграммы напряже ий на отдель;-:ых узлах схемы. Устгюйство соде ::жит синхрокольцо г состоящее из поел еэдовательью соедиля 1 с пьезоэлементами 2 и 3, фосмирОЕате, 4 импульсов зозОуждения. усилителя-формирователя j и первой схемы 6 запрета, а также управляемой автоге -: ера тор 7 запускающих импульсов, лорвый 8 и второй 9 заг:оминающие sJieMeHTb;, схему 10 поиска и фазовой автогодстройки, с:хбму И 11, ) схему 12 запрет-а, Б рем я задающее устройство 13, а также измерительный блок 14. При этоь-i выход схе мь; 10 liOHCKa и фазовой аь тополстройки соединен с входом управляемого автс)генер з тора 7 запускакйчх импульсов, BbLXOjj KOTOpOio подключен к входам измерительно1-о блока I; первого запомиьакущего элемента 8 второй схемы запрета 12, сикхровходу второго за омннак ще1о элeJv:eнтa 9 н схемы И . 1 второй зход которой соединен с вь:холом iBpBoro запоминающегс элеме-гта 8, а выход - с входами формирователя 4 импульсов возбуждения к первой схемы 6 Зстрета. выход которой подключен к первому входу запоминающего элемента 8, выход которого соединен с вторым входом схе:.1Ы 10 поиска и Фазовой автоподстройки и BXOZ;OM запоминающего элемента 9, выход кстороIO соединен с разрешакйгим входом измерительного блока 14 и первьр- входс времяза,цак)Ш.его устройства 13, выход которого соединен с nepBi.iM зх-;;jjf/. cx.SMi.i 2 j.-iiipcia и установочным вх. дом запом1тпакнаего элемента 9, ft выход эапомииакндего элемента 8 соединен с вторим входом врймязадс1Ю1лего устройства 13, Устройство работает следующим об разом. Напряжение с выхода схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки фазы (фиг. 2д} подается на вход управляе мого автогенератора 7 впускающих импульсов; перестраивая его частоту В момент включения питания напряжение на выходе схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки равно нулю. Пр этом период импульсов управляемого автогенератора 7 минимален. (Т, , фиг, 2 ) и должен быть меньш минимального времени распространения сигнала в электроакустическом канале, а максимальный период следования - больше максимального времени распространения сигнала в электроакустическом канале. Первый импульс с выхода автогене ратора 7 ( фиг. 2о1) через схему И 1 (фиг. 25) поступает на первую схему б запрета, открывая ее, и на запуск формирователя 4 импульсов возбуждения, причем запуск производятся задним фронтом импульса (фиг. 2 В Сформированный импульс подается на пьезоэлемент 2, который преобразует его в ультразвуковой сигнал. Прошед ший через контролируемую среду ульт развуковой импульс принимается и lpeoбpaзyeтcя пьезоэлементом 3 в электрический импульс, который через усилитель-формирователь 5 поступает на вход первой схемы 6 запре та (фиг. 2г) . Этот импульс задерживается относительно излученного на время (д . Так как период импульсов на выходе автогенератора 7 в начальный момент меньше минимального времени распространения ультразвука в акустическом преобразователе 1 , то второй импульс с выхода сх мы И 11 поступает на вход первой схемы б запрета раньше, чем импульс с выхода усилителя-формирователя 5, и поэтому первая схема 6 запрета заперта. При этом второй импульс с выхода схемы ИИ проходит по элект роакустическому каналу аналогично первому. Одновременно импульсы с выхода автогенератора 7 поступают через вторую схему 12 запрета на вход схемы 10 поиска и фазовой авто подс ройки, увеличивая напряжение на её выходе. Период управляемого автогенератора 7 увеличивается до тех пор, пока не произойдет совпаде ние во времени импульсов с выходов усилителя-формирователя 5 и схемы И 11. Тогда импульс с выхода уси лителя-формирователя 5 проходит через первую схему б запрета и запуск от Формирователь 4 импульсов возбуждения. Таким образом запускается синхрокольцо. Одновременно импульс с выхода первой схемы б запрета подается на вход первого запоминающего элемента 8, устанавливая на его выходе низкий уровень, которым запирается схема И 11. При этом задний Фронт положительного импульса на вЕлходе слемы И 1 1 совпадает с пе1.)едним фронтом отрицательного импульса на выходе первой схемы 6 загфкта (момент времени tgrp- Фиг, 25} т.е. в дальнейшем импульсы управляемого автогенератора 7 не оказывают влияния на работу синхрокольца, В этот момент схема 10 поиска и фазовой автоподстройки переходит в режим автоподстройки фазы импульсов управляемого автогенератора 7 с импульсами автоциркуляции синхронольда, выделяет величину рассогласования во времени между запускающим импульсом и передним фронтом импульса автоциркуляции синхрокольца, преобразует величину рассогласования в управляющий сигнал, подаваемый на управляемый автогенератор 7. I Таким образCW, запускакацие импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 оказываются связанными по частоте и фазе с импульсами скнхрокольца, а частоту следования ИМПУЛЬСОВ синхрокольца определяют, подавая импульсы с выхода автогенератора 7 на вход измерительного блока 14 . Кроме тогОг по совпадению каждого из импульсов синхрокольца с запуска(С2цим импульсом судят об исправной работе расходомера. Для этого импульсы с выхода первого запоминающего элемента 8 подают на информационный вход второго запоминающего элемента 9, з импульсы с выхода автогенератора 7 - ка синхровход второго запоминавзшего элемента 8. Напряжение на выходе второго запоминающего элемента 9 является критерием исправной работы расходомера. Его подают на разрешающий вход измерительного блока 14. В случае нар тиения электроакустического канала из-за наличмя инородного включения в контролируемой среде к моменту прихода заднего фронта импульса с автогенератора 7 на синхровход второго запоминающего элемента 9 на его информационном входе образуется высокий уровень, харак теризукхдий закрытое состояние сикхрокольца. Задний фронт запускающего импульса стирает информацию о совпадении запускающих импульсов и импульсов синхрокольца, при этом с выхода второго запоминающего элемента 9 поступает сигнал, включающий время задакяцее устройство 13.

Сигнал с последнего псхлупает isa вторую схему 12 запрета, прекращая подачу запускакяцих импульсов на вход схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки. Такгм обр.3ом прекращается перестройка автогенератора 7, который начинает работать по памяти „

Одновременно сигнал с выхода времязадаки.его устройства 1 3 поступает на установочный вход второго запоминаквдего элемента 9, разрелиая поступление импульсов автогенератора в измерительный блок 14, Ультразвуковые сигналы поступают в контрсашpyewyro среду с прежней частотой. При попадании инородного включения принятый импульс совпадет в первой схеме S запрета с запус амцим импульсом. Сигнал с выхода первого 3anoMtiнающего элемента 8 ограничивает длительность импульса с выхода времяэадающего устройства, и расходомер приходит в прежнее рабочее состоянрге Если электроакустический канал не

восстанавливается, то по окончании импульса с выхода времязадак1дего устройства задний фронт л эщего импульса перебрасывает второй запоминающий элемент 9 в противсположное состояние,, подавая запрет НЕ; измерительный блок 14. Схема 12 запрета открывается, и запускающие импульсы начинают поступать на вход схемы 10 поиска и фазовой автсподстройки, увеличивая напряжение на ее выходе до максимального значения, после чего рои с ход и т разряд, выходного напряжения схемы 10 до нуля,.-и расходомер устанавливается з началькое положеГ1 и е .

Постоянную времени времязадаюдего устройства 13 в}лбирагот исходя йэреальных параметров контролируе-мой сре-ды: ра- мераь неоднородностей, их

концентрации ь скорости потека.

образом, ультразвуковой

расхо.цомер позволяет повысить точность измерения расхода гетерогенных сред,

с

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТНОИМПУЛЬСНЫЙ РАСХОДОМЕР ПО авт. СВ. 602791, о т л и ч а ю щ и fl с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен второй схемой запрета и времязадающим устройством, причем первый вход времязадающего устройства подключен к выходу второго запоминающего элемента, второй его вход подключен к выходу первого запоминающего элемента, а выход - в установочному входу второго запоминающего элемента и первому входу второй схемы запрета, второй вход которой подключен к выходу управляе гаго автогенератора запускающих импульсов, а выход - к первому входу схемы поиска и фазовой автоподстройки. Л