Ультразвуковой расходомер Советский патент 1984 года по МПК G01F1/66 

00

со Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения расхода жидкости. Известен одноканапьный ультразву козой расходомер, содержащий акусти ческий датчик с двумя пьезоэлемента ми, импульсный генератор, источник постоянного напряжения, два предварительных усилителя, два амплитудных детектора, выходной измерительный узел и регистратор fl. , Недостатком этого расходомера является низкая точность измерения, обусловленная зависимостью результа та измерения от величины скорости распространения ультразвука в жидко ти. Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, последовательно включенные усилитель, формирователь и генератор импульсов, выходы которо го подключены к пьезоэлементам, а также триггер, входы которого подклю чены к выходу формирователя, а выход - к регистрирующему устройству. Работа расходомера основана на измерении разности времен прохождения ультразвуковых импульсов по направлению скорости потока и против него, которая равна 2еусо5(У. 4V--7. где V - скорость потока измеряемой среды; с - скорость ультразвука в непод вижной среде; В - расстояние между пьезоэлемен тами; ot - угол между направлением ульт развукового луча и осью трубопровода Г2 3. Недостатками известного устройств являются низкая точность измерения и невозможность измерения расхода знакопеременных потоков. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функцио йальных возможностей расходо 1ера. Поставленная цель достигается тем что в ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, последовательно включенные усилитель, формирователь и генератор импульсов, выходы которого подключены к пьезоэлементам. триггер и регистрирующее устройство, введены две пары электронных ключей, преобразователь частота-напряжение, инвертор и фильтр нижних частот, причем вход усилителя подключен к пьезоэлементам через первую пару электронных ключей, выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера и входу преобразователя частота - напряжение, выход которого подключен к входу одного из эле,ктронных ключей второй пары непосредственно, а к входу другого - через инвертор, выходы электронных ключей второй пары подключены через фильтр нижних частот к регистрирующему устройству, при этом выходы триггера подключены соответственно к управляющим входам электронных ключей первой и второй пары. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого расходомера. Расходомер состоит из преобразователя 1 с пьезоэлементами 2 и 3, первой пары электронных ключей 4 и 5, усилителя 6, формирователя 7 . импульсов, генератора 8 импульсов, триггера 9 со счетным входом., преобразователя 10 частота - напряжение, инвертора 11 второй пары электронных ключей 12 и 13, фильтра 14 низких частот, регистрирующего устройства 15. Пьезоэлемент 2 через один ключ первой пары, например через ключ 4, соединен со входом усилителя 6. Пьезоэлемент 3 через другой ключ первой пары, например через ключ 5, также соединен со входом усилителя 6. Выход усилителя 6 соединен со входом формирователя 7, выход которого соединен со входом синхронизации генератора 8 импульсов, два выхода последнего соединены с пьезоэлементами 2 .и 3, а третий выход соединен со счетным входом триггера 9 и со входом преобразователя 10 частота - напряжение, выход которого соединен со входом инвертора 11 и через один ключ второй пары, например через ключ 12, соединен со входом фильтра 14 низких частот, выход инвертора 11 через другой ключ второй пары, например, через ключ 13, также соединен со входом фильтра 14 низких частот, выход которого соединен со входом регистрирующего устройства 15, один выход триггера 9 соединен с управляющими входами одних ключей каждой пары. J1 ТГЭПример со входами ключей 4 и 12, а другой выход, инверсньй по отношению к первому, соединен с управляю щими входами других ключей каждой па ры, например со входами ключей 5 и 13. Расходомер работает следующим образом. В начальный момент после включения триггер 9 находится в произвольном состоянии, например в таком, при котором сигнал.с одного его выхода открывает ключи 4 и 12, тогда сигнал с другого его выхода, инверсного по отношению к первому, закрывает ключи 5 и 13. Через некоторое время самопроизвольно срабатьшает генератор 8 импульсов. Выходные сигналы генератора, поступая на пьезоэлементы 2 и 3, возбуждают в измеряе мой среде движущиеся навстречу друг другу ультразвуковые импульсы. Одновременно выходной сигнал от генератора поступает на счетный вход триггера 9, переводя его в другое устойчивое состояние. При этом ключи 4 и 12 закрываются, а ключи 5 и 13 открываются. Ультразвуковой импульс от пьезоэлемента 3, пройдя по потоку протекаклцей среды, возбуждает в пьез элементе 2 электрический сигнал, кот рый через открытый ключ 5 поступает на вход усилителя 6, формирователя 7 и далее на вход синхронизации генера тора 8. Генератор 8 срабатьшает, возбуждая в пьезоэлементах 2 и 3 ультразвуковые колебания и переводя триггер 9 в другое устойчивое состоя ние, при котором ключи 5 и 13 закрываются, а ключи 4 и 12 открываются. Таким образом, в системе возникает режим автоколебаний причем длительность одного устойчивого состояния триггера равна времени прохождения ультразвукового импульса по потоку с+ vtosoC Длительность другого устойчивого состояния триггера равна времени прохождения ультразвукового импульса против потока i . . 2 c-vcosoC Из приведенных вьфажений получаем .. CCz-iTi) с (7 Частота колебаний 1 tosU ТТтр 2Тс Пренебрегая в последнем выражении величиной )J cos oi, ввиду того, что с V cos oL, и подставляя полученное из него значение скорости ультразвука в формулу скорости среды, получаем 21 ,, -t у,г ,Д cosot Г2 Выходное напряжение преобразователя 10 частота - напряжение пропорционально частоте автоколебаний f Выходное напряжение инвертора 11 имеет такое же значение по абсолютной величине и противоположную полярность. Эти напряжения через ключи 12 и 13 поступают на вход фильтра 14 нижних частот. В связи с тем, что ключи управляются выходными сигналами триггера 9, на вход фильтра нижних частот будут пропускаться импульс ные сигналы одной полярности, например U-, с длительностью одного устойчивого состояния триггера, например С2 импульсные сигналы другой полярности, например, Uj, с длительностью другого устойчивого состояния триггера, например V. Среднее значе ние напряжения, выделяемое фильтром нижних частот будет и - VilViГо- Kf г .+ f, Таким образом, напряжение на выходе фильтра 14 нижних частот пропорционально скорости потока в преобразователе и .не зависит от скорости ультразвука в неподвижной среде. В качестве регистрирующего устройства может быть использован вольт- г метр либо преобразователь напряжения в выходной унифицированный сигнал. Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет автоматической коррекции выходного сигнала на изменение величины скорости распространения ультразвуковьтх колебаний. Кроме того, устройство сохраняет работоспособность при знакопеременных потоках, что расширяет его функциональные возможности.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, последовательно, включенные усилитель, формирователь и генератор импульсов, выходы которого, подключены к пьезоэлементам, триггер и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что. с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей расходомера, в него введены две пары электронных ключей, преобразователь частота - напряжение, инвертор и фильтр нижних частот, причем вход усилителя подключен к пьезоэлементам через первую пару электронных ключей, выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера и входу преобразователя частота-напряжение , выход которого подключен к входу одного из электронных ключей второй пары непосредственно, а к входу другого - через инвертор, Р ж выходы электронных ключей второй пары подключены через фильтр нижних частот к регистрирующему устройству, при этом выходы триггера подключены, соответственно к управляющим входам электронных ключей первой и второй пар.