Ультразвуковой расходомер Советский патент 1985 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов жидкости. Известен ультразвуковой расходомер, содержащий две пары обратимых электроакустических преобразователе подключенным к блокам возбуждения и обработки информацииCl3Недостатком известного расходоме ра является низкая точность измерения.Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой расходомер, содержащий закрепленные на измерительном участке трубопровода два обратимых электроакустических преобразователя, включенных .в схемы двух синхроколец, каждое из которых состоит из последовательно соединеннь1х усилителя, формирователя, первой схемы совпадения, генератора триггера,второй схемы совпадения и одновибратора, а также третью и четвертую схемы совпадения, второй триггер, счетчик импульсов, частото мер «и блок вьщеления разности частот, причем, в каждом синхрокольце второй выход триггера подключен к второму входу первой схемы совпадения,- второй вход второй схемы совпадения подключен к выходу форми рователя, а выход одновибратора к управляющему входу генератора, кроме того,, входы третьей и четвертой . схем совпадения подключены, соответственно, к выходам формирова телей и генераторов соответствующих синхроколец, их первые выходы подключены к входам второго триггера, а вторые - к входам блока выделения разности частот, выходы третьего триггера подключены к управляющим входам триггеров синхроколец, а вхо счетчика импульсов - к второму выходу четвертой схемы совпадения Однако указанньй расходомер имее большую погрешность в точности и низкое быстродействие. Большая погрешность измерения обусловлена наличием задержки запуска синхрокольца при исключении момента совпадени импульсов, привоДяпр1х к изменению средне17О за время измерения перио да циркуляции, значение погрешности уменьшается с уменьшением величины задержки. Но реально величина задержки должна выбираться исходя из величины времени затухания колебаний пьезокерамики после ее ввзбуждения до необходимого уровня. В реальных системах время затухания может составлять 50-200 мкс. Низкое быстродействие обусловлено малыми значениями разностной частоты, для точного измерения которой необходимо большое время измерения, что может привести к дополнительному увеличению погрешности. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой расходомер, содержащий закрепленные на измери- . тельном участке трубопровода два обратимых электроакустических преобразователя, включенных в схему двух синхроколец, каждое из которых состоит из последовательно соединенных усилителя, формирователя, первой схемы совпадения,генератора, триггера, второй совпадения и одновибратора, а также третью и четвертую схемы совпадения, второй триг гер и блок вьщеления разностной час;тоты, причем в каждом синхрокольце .второй выход триггера подключен к (второму входу первой схемы совпаде|ния, второй вход второй схемы совпа дения подключен к выходу формирователя, выход одновибратора - к управляющему входу генератора, а входы третьей и четвертой схем совпадения подключены к выходам формирователей и генераторов соответствующих синхроколец, их выходы подключены к счетному входу второго триггера, выходы которого подключены к управляющим йходам триггеров синхроколец, дополнительно снабжен двумя измерительными цепями, каждая из которых содержит последовательно соединенные фазовой дискриминатор, управляемый генератор, схему запрета и делитель, причем в каадой измерительной цепи вход фазового дискриминатора подключен к выходу генератора, а управляющий вход схемы запрета - к выходу одновибратора соответствующего синхрокольца, при этом выход управляемого генератора подключен к одному из входов блока вьзделения разности частот. На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма работы. Расходомер состоит из измерительного участка трубопровода 1, дву обратимых электроакустических преобразователей 2 и 3, двух схем синхрокольца, включающих генераторы 4 и 5, первые схемы совпадения 6 и 7 вторые схемы совпадения 8 и 9, формирователи 10 и 11, .усилители 12 и 13, первые триггеры 14 и 15, одновиб раторы 16 и 17, а также третью 18 и четвертую 19 схемы совпадения, второй триггер 20, фазовые дискриминаторы 21 и 22, делители частоты 23 и 24, схемы запрета 25 и 2Ь, управляe ыe генераторы 27 и 28 и блок выделения разности частот 29. Устройство работает следующим образом. Импульс генератора 4 (фиг.2а) поступает на преобразователь 3, кото- 20 гер рьш излуч ает ультразйуковой импульс по потоку. Пройдя через измерительную среду, импульс поступает на преобразователь 2 и усиливается уси .лителем 12. Сформированный формирователем 10 прямоугольный импульс им ет длительность Г (фиг.26), большую длительности импульса, генератора 4. Фронтом импульса формирователя 10 через схему совпадения 6 запускает:: ся генератор 4, далее процесс повто ряется. Триггер 14 находится в таком состоянии, при котором схема со впадения 6 пропускает, а схема совп дения 8 не.пропускает импульс с фор мирователя 10. Импульс с генератора 5 (фиг.2з) поступает на преобразователь 2, который .излучает импульс против потока. Принятьш преобразователем 3 импульс, усиливается усилителем 13,формируется- формирователем 1I в прямоугольный импульс длительностью Т (фиг.2и). Фронтом импульса формирователя 11 через схему совпадения 7 запускается генератор 5, далее процесс повторяется. Триггер 15 находится в таком состоянии, при кото ром схема совпадения 7 пропускает, а схема совпадения 9 не пропускает импульсы формирователя 11. При движении среды через преобразователь расхода.частоты циркуляции в синхрокольцах будут отличаться на величину д, пропорциональную скорости движения измеряемой ере. ды V. 514 При совпадении во времени импульса генератора 4 с импульсом форми рователя I1 на выходе схемы совпа-. дения 19 формируется импульс, перебрасывающий триггер 20, работающий в счетном режиме, в другое состояние. Импульсы триггера 20 (фиг,2е) опрокидывают триггер 14 в состояние, при котором схема совпадершя 8 пропускает импульсы формирователя 10 на одновибратор 16, а схема совпа- . дения 6 не пропускает импульсы формирователя 10 на вход генератора 4. Одновибратор 16 запускается импульсом схемы совпадения 8 и формирует импульс длительностью 7 2 ч (фиг.2ж). Срезом импульса одновибратора 16 запускается генератор 4, импульс которого возвращает триг14 в исходное состояние, и работа синхроколед циклически повторяется. При отсутствии импульса одновибратора 16 схема запрета 25 пропускает импульсы управляемого генератора 27 (фиг,2в,) на вход делителя 23, Фазовый дискриминатор 21 анализирует относительное временное положение импульсов, поступающих на него с генератора 4 и делителя 23 (фиг.2д), и вырабатывает сигнал управления управляемым генератором 27 таким образом, что частота на выходе делителя 23 равна частоте генератора 7 и разность фаз этих сигна.лов постоянна. При исключении момента совпадения импульс генератора 4, поступающий на один из входов фазового дискриминатора 21, изменяет скачком свое временное положение на величину . 2а). Импульс длительностью 2, формируемый одновибратором 16, поступает на схемы запрета 25, запрещая прохождение импульсов с управляемого генератора 27 (фиг.2в) на вход делителя 23 в течение действия импульса, тем самым задерживая импульс на выходе делителя 23 на величину (фиг.2д) , где Т(р - период частоты управляемого генератора 27, уменьшая фазовое рассогласование до величины +T(,«.tj. Второе синхрокольцо работает аналогичным образом при реверсиро-. вании потока. Сигналы с управляемых генераторов 27 и 28 поступат на блок выделения разностной

I 1

частоты 29, на выходе которого формируется частота, пропорциональная расходу дидкости.

Повьшение быстродействия расходо..мера обеспечивается преобразованием малых значений разности частот, пропорциональной расходу и требую164551

щей большого времени для точного ее измерения, в разностную частоту в К раз большую. Повышение точности достигается за счет исключения ошибки формирования среднего периода циркуляции, обусловленного введением задержки запуска в момент исключения совпадения импульсов.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий закрепленные на измерительном участке трубопровода два обратимых электроакустических преобразователя, включенных в схемы двух сиихроколец, каждое из которых состоит из последовательно соединеншлх усилителя, формирователя, первой схемы совпадения, генератора, триггера, isTOpoft схемы совпадения и одновибратора, а также третью и четвертую схемы совпадения, второй триггер и блок вьщеления разност-ной частоты, причем в каждом сивхрокольце второй выход триггера подключен к второму входу первой схемы совпадения, второй вход второй схемы совпадения- подключен к выходу формирователя, выход одновибратора - к управляющему входу генератора, а входы третьей и четвертой схем -совпадения подключены к выходам формирователей и генераторов соответствующих синхроколец, их выходам подключены к счетному входу второго триггера, выходы которого подключек. к управляющим входам триггеров синхроколец, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и быстродействия измерений, он дополнительно снабW жен двумя измерительными цепями, каждая из которых содержит последовательно соединенные фазовый дискриминатор, управляемый генератор, схему запрета и делитель, причем в каждой измерительной цепи вход фазового дискриминатора подключен к выходу Р генератора, а управляющий вход мы запрета - к выходу одновибратора соСП ответствующего синхрокольца, выход ел управляемого генератора подключен к одному из входов блока вьщеления разности частот.

Фиг. 1