Ультразвуковой расходомер Советский патент 1986 года по МПК G01F1/66 

1

Изобретение относится к технике измерения и предназначено для измерения расхода жидких сред, транспортируемых по трубопроводам.

Цель изобретения - повышение надежности измерения расходомера за счет сокращения длительности стробирующих импульсов до значения удвоенной длительности принимаемых из потока сигналов.

На фиг.1 показана функциональная схема расходомера; на фиг.2 - времяимпульс- ная диаграмма стробирования принимаемых сигналов по потоку и против него.

Устройство содержит электроакустический тракт 1 с обратимыми электроакустическими преобразователями 2 и 3, установленными на противопложных стенках трубопровода, электронный переключатель 4, генератор 5 возбуждения, счетчик 6, первый формирователь 7 синхроимпульсов, двухканаль- ную схему 8 стробирования, первую 9 и вторую 10 линии задержки, первый 11 и второй 12 формирователи строб-импульсов, ключи 13 и 14, приемные усилители 15 и 16, оперативное запоминающее устройство 17, цифровой преобразователь 18 многовенного расхода, третью линию 19 задержки, триггер 20, формирователь 21 строб-импульсов, схему 2И-2ИЛИ 22, ячейки 23-26 памяти оперативного запоминающего устройства 17. Расходомер работает следующим образом.

Сигналы, излученные по и против потока в измерительном канале ультразвукового расходомера и принятые обратимыми преобразователями, стробируются импульсами, длительность которых At to - ti, где ti и iz - время распространения ультразвукового импульса в направлении по и против потока соответственно. Длительность At выбрана с учетом упреждения на прием и на случай запаздывания от возможного изменения скорости ультразвука в среде по длине базы измерения (в пределах временных значе НИИ распространения от tjMHH до toMaKc) по причине воздействия на скорость С температуры контролируемой среды, ее химического состава, скорости потока V, поэтому длительность строб-импульсов во много раз превышает длительность принимаемых сигналов. В результате, в процессе действия строб- имрульса в измерительную схему наряду с полезными сигналами проходят сигналы акустических помех, вызывая сбои в работе расходомера.

Чтобы повысить помехозащищенность процесса измерения от акустических помех, необходимо длительность стробирующих импульсов At сократить в такой мере, чтобы приблизить к удвоенной длительности 2Дт принимаемых из потока сигналов, обеспечив при этом уверенный прием последних во

1278587

всем диапазоне измерения скорости С распространения акустических волн.

С этой Целью в ультразвуковом расходомере прием первых сигналов, излученных акустических волн в поток, и прием сигналов в случаях сбоев в работе расходомера стробируются импульсами большой длительности

At t2

а во всех последующих измерениях принимаемые сигналы стробируются импульсами малой длительности

2Ат « At,

что обеспечивает .высокую помехозащищенность процесса измерения.

Малая длительность строб-импульсов обеспечена за счет следящего стробирования. Осуществляется это следующим образом.

В исходном состоянии на первых входах ключей 13 и 14 (фиг.1) - низкие уровни, что соответствует закрытому состоянию последних, оперативное запоминающее устройство 17 и цифровой преобразователь 18 мгновенного расхода - в состоянии покоя, триггер 20 - в состоянии логического О, а поэтому с его единичного выхода на установочном входе третьей линии 19 задержки, соединенным с выходом триггера, действует низкий уровень, последняя закрыта. На первых входах элемента И логической схемы 22 с потенциальных выходов линии задержек 9 и 10 - высокие уровни, последняя активна.

В момент времени t , после установки схемы в состояние «Измерение, и-и импульс, поступивший с выхода формирователя 7 на установочный вход триггера 20, устанавливает последний в состояние логической «1. Кроме того, этот импульс устанавливает две ячейки, например 23 и 24, оперативного запоминающего устройства 17 в состояние готовности накопления потенциалов. С выхода триггера 20 на одном из установочЕ1ых входов линии 19 задержки появляется высокий уровень. Тогда первый импульс начала посылки акустических золн с выхода логической схемы 2И-2 ИЛИ поступает на другой установочный вход линии задержки 19 и изменяет состояние последней на время ti, которое является мин для всех случаев распространения акустических волн по длине ба- зы измерения. Но истечении времени ti линия задержки 19 вновь принимает предыдущее состояние, а задержанный импульс с ее выхода поступает на вход формирователя 21.

С выхода формирователя сформированный стробирующий импульс длительностью At устанавливает ключи 13 и 14 в состояние проводимости.

В процессе действия строб-импульсов сигналы акустических волн, принятые из потока электроакустическими преобразователями 2 и 3, преобразованные в электрические, усиленные и сформированные приемными усили- телями 15 и 16 через открытые ключи 13 и 14 устанавливают линии 9 и 10 задержки в состояние задержки на время

to 1з + t4 - AT,

где 1з - временной интервал предыдущего измерения, начало которого отображается сигналами, принятыми из потока , а конец - импульсами начала посылки акустических волн последующего измерения (фиг.2, вис);

t4 - временной интервал последующего измерения, начало которого отображается импульсами начала посылки акустических волн, а конец - сигналами, принятыми из потока (фиг.2, в и а);

t4-AT - мин временной интервал возмож- ного приема сигналов из потока в каждом следующем измерении.

В течение времени to нахождения линий задержки 9 и 10 в состоянии задержки принятых сигналов, с их потенциальных выходов на входах элементов И логической схемы 22 действуют низкие уровни. Схема закрыта, поэтому последняя сигналы начала посылки акустических волн не пропускает.

Кроме того сигнал, принятый по потоку, устанавливает две ячейки, например, 23 и 24 оперативного запоминающего устройства 17 в состояние накопления потенциалов, а сигнал, принятый против потока, устанавливает эти ячейки в состояние хранения накопленных потенциалов. По истечении времени to, начало которого исчисляется с момента прие- ма сигналов из потока в предыдущем измерении (фиг.2, вис) линии задержки 9 и 10 выдают импульсы, которые переводят формирователи 11 и 12 в состояние формирования строб-импульсов, длительностью

2Ат (t4 +AT) - (t4 -Air),

высокие уровни которых устанавливают ключи 12 и 14 в состояние проводимости. В моменты действия этих строб-импульсов сигна- лы акустических волн, принятые из потока электроакустическими преобразователями 2 и 3, преобразованные в электрические усиленные и сформированные приемными усилителями 15 и 16, через электронные ключи 13 и 14 вновь устанавливают линии задерж- ки 9 и 10 в состояние их задержки на время to, при этом сигнал, принятый по потоку, опять устанавливает две ячейки оперативного запоминающего устройства в состояние накопления потенциалов, а сигнал, принятый против потока, устанавливает эти ячейки в состояние хранения накопленного

j

0

0

о 5

0

0 5

потенцила. По истечении времени to, линии задержки 9 и 10 выдают импульсы, которые переводят формирователи II к 12 в состояние формирования строб-импульсов, длительностью 2Ат, т. е. процесс стробирования принимаемых сигналов повторяется в каждом периоде измерения.За п измерений п-й импульс начала посылки акустических волн с выхода формирователя 7 синхроимпульсов подтверждает состояние триггера 20 и ставит две ячейки запоминающего устройства 17 в состояние накопления потенциалов, а две ячейки, на- копивщие потенциал за временной интервал, заключенный между двумя п-ми импульсами, в состояние его понижения до заданного уровня. Временной интервал между п-м импульсом, фиксирующим момент достижения понижающимся напряжением заданного уровня, преобразуется цифровым преобразователем 18 в цифровой код, пропорциональный объемному расходу контролируемой ультразвуком среды.

В случаях сбоев в работе расходомера, например, нет импульса по потоку, на входе элемента И логической схемы 22, соединенного с потенциальным выходом соответствующей линии задержки, сохраняется высокий уровень. Тогда импульс начала посылки акустических волн очередного периода измерения, поступивщий с выхода формирователя 7 через второй вход этого элемента И, устанавливает линию 19 задержки в состояние задержки на время ti, по истечении которого формирователь 21 вырабатывает строб-импульс, длительностью At, причем At 2Ат, т. е. в случае сбоев в работе расходомера, стробирования зондирующими контролируемую среду сигналами не будет до тех пор, пока не восстановлен их прием по потоку и против него.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на противоположных стенках трубопровода, возбуждающий генератор, через счетчик подключенный к одному из входов формирователя синхроимпульсов, двухканальную схему стробирования, каждый канал которой содержит последовательно соединенные линию задержки, формирователь строб-импульсов, ключ и усилитель, оперативное запоминающее устройство, входы которого подключены к двухка- нальной схеме стробирования и первому выходу формирователя синхроимпульсов, а выход - к цифровому преобразователю мгновенного расхода, выход которого является выходом расходомера, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности измерений, в него введены третья линия задержки, подключенная выходом к третьему формирователю строб-импульсов, триггер и схема 2И-2ИЛИ, причем выходы элементов И схемы 2И-2ИЛИ подключены, соответственно, к потенциальным выходам линий задержки двухканальной схемы стробирования и первому выходу формирователя синхроимпульсов, выход схемы 2И-2ИЛИ подключен к одному из входов третьей линии задержки, второй вход которой подключен к выходу триггера, вход триггера подключен к первому выходу формирователя синхроимпульсов, выходы третьего формирователя строб-им

пульсов подключены к первым входам ключей двухканальной схемы стробирования, а их выходы - к входам линий задержки соответствующих каналов и входам оперативного запоминающего устройства, при этом обратимые электроакустические преобразователи соединены с входами усилителей двухканальной схемы стробирования, а через электронный переключатель - с первыми двумя выходами возбуждающего генератора, третий выход которого подключен непосредственно к входу формирователя синхроимпульсов.

Ф1/С . 2

Изобретение предназначено для измерения расхода жидких сред, транспортируемых по трубопроводам, и позволяет повысить надежность измерения расходомера. Временной интервал между п-м импульсом, фиксирующим момент достижения понижающимся напряжением заданного уровня, преобразуется преобразователем 18 в цифровой код, пропорциональный объемному расходу контролируемой ультразвуком среды. При сбоях в работе на выходе элемента И логической схемы 22, соединенного с соответствующей линией задержки 9, 10 и 19, сохранится высокий уровень. Импульс начала посылки акустических волн очередного периода измерения, поступивщий с выхода формирователя 7 через вход этого элемента И, установит линию задержки 19 в состояние задержки на время, по истечении которого формирователь 21 вырабатывает строб-импульс. Стробирования зондирующими контролируемую среду сигналами не будет до тех пор, пока не будет восстановлен их прием по потоку и против него. 2 ил. $ (Л fc./ ND 1 00 СП 00 |