Акустический расходомер Советский патент 1989 года по МПК G01F1/66 

9д N9

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкой среды, транспортируемой по трубопроводам. Цель изобретения - повьшение чувствительности расходомера и расширение диапазона преобразования расхода. Устройство содержит пару электроакустических преобраз9вателей 2 и 3, которые возбуждаются генератором 5, двухканальную схему стробиро- вания б, состоящую из двух линий задержки 7 и 8, двух формирователей 9 и 10 строб-импульсов, двух ключей 11 ,и 12 и двух усилителей 13 и 14. Имеются также в составе устройства третий формирователь 15 строб-импульсов, третья линия задержки 16, триггер 17, схема 2И-21ШИ и оперативное, запоминаю- щее устройство (ОЗУ) 19. Введенные в устройство преобразователь 21 временных интервалов и двухканальный синхропроцессор позволяют точно преобразовать малую временную разность между временем распространения сигнала по потоку и против него в большую величину, которую простыми средствами можно измерить с большой точностью. 4 ил. о (Л

1146

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкой среды, транспортируемой по трубопроводам.

Цель изобретения - повышение чувствительности расходомера и расширение диапазона преобразования расхода.

На фиг, 1 изображена функциональ- ная схема предлагаемого расходомера; на фиг, 2 - времяимпульсная диаграмма стробирования принимаемых сигналов по потоку и против него; па фиг; 3 - временные диаграммы пилооб- разных симметричных напряжений; на (фиг. 4 - временные диаграммы ячеек памяти оперативного запоминающего устройства (ОЗУ),

Устройство содержит электроакусти-20 входы .элементов И схемы 2И-2ШШ 18

ческий тракт 1 с обратимыми электроакустическими преобразователями 2 и 3, установленными на противоположных стенках трубопровода, подавитель 4 шумов низкого уровня, генератор возбуждения 5, двухканальную схему стробирования 6, содержащую первую 7 и вторую 8 линии задержки, первый 9 и второй 10 формирователи строб-им- лульсов, ключи 11 и 12, приемные усилители 13 и 14, формирователь 15 строб-импульсов, последовательно соединенный с третьей линией задержки 16, триггер 17, логическую схему 2И-2ИЛИ 18, оперативное запоминающее устройство 19, цифровой преобразователь 20 мгновенного расхода, преобразователь 21 временных интервалов, двухканальный синхропроцессор 22, Каждый канал которого содержит авто- циркулятор 23 (24) пилообразных напряжений, суммирующий счетчик 25 объемного расхода, индикатор 26 мгновенного объемного расхода, аналоговый преобразователь 27 ячейки 28 и 29 памяти оперативного запоминающего устройства 19,

Расходомер работает следующим образом.

С выходов формирователя 15 строб импульсы длительностью At устанавВ исходном состоянии закрыты клю- чи 9 и 10 двухканальной схемы строби-50 ливают ключи 11 и 12 двухканальной рования 6, триггер 17 в состоянии О, стробирования 6 в состояние На первых входах элементов И логичес- проводимости, кой схемы 2И-21 ШИу соединенных с поПо истечении времени d

тенциальными выходами линий задержки 7 и 8, высокие уровни, на вторых входах - низкие уровни, синхропроцессор 22 и оперативное запоминающее устройство 19 в состоянии покоя.

В некоторый момент времени tg имт пульс генератора 5 через подавитель шумов 4 низкого уровня возбуждает электроакустические преобразователи 2 и 3, акустические колебания которых распространяются встречно от одного излучателя к другому.

Одновременно с моментом возбуждения электроакустических преобразователей 2 и 3 генератор 5 вырабатывает импульс начала посылки акустических волн, который с его второго выхода устанавливает в состояние единицы триггер 17, С единичного выхода триггера на одном из входо й линии задержки 16 устанавливается высокий уровень, поэтому импульс начала посылки акустических колебаний через вторые

5

0

5

с выхода последней изменяет состояние линии задержки 16 на время .

t

о sin(C,-bV,,cosoi)

по истечении которого эта линия принимает предыдущее состояние, а формирователь 15 строб-импульсов вырабаты- вает импульсы длительностью

ut,t ; -t;,

предназначенные для стробирования сигналов, принятых из потока в моменты пуска расходомера и в моменты сбоев в процессе его работы (см, фиг. 2, графики Ь, с), при этом

t

з1по( -V. sinoc) диаметр трубопровода;

5

d

где

С

С

V

соответственно максимальная и минимальная скорости распространения акустических колебаний;

скорость измеряемого потока; угол распространения акустических волн относительно оси трубопровода.

С выходов формирователя 15 строб- импульсы длительностью At устанавi in

«tax

об

0 ливают ключи 11 и 12 двухканальной стробирования 6 в состояние проводимости,

ают ключи 11 и 12 дву - стробирования 6 в водимости,

По истечении времени d

с момента излучения акустических волн в поток, где ,t, импульс, принятый по потоку, проходит открытый ключ 11 и с его выхода изменяет состояние линии задержки 7 на время

t| T-ut; ut«ut.

Одновременно этот импульс изменяет состояние преобразователя 21 вре- менных интервалов на время t (см. фиг. 3, график Ь), устанавливает в состояние формирования первого восходящего фронта автоциркулятор 23 пило- образньпс напряжений (см. фиг. 3, график d), а по истечении времени

, d

2 sinci(C-Vcos i)

момента излучения акустических вол поток, где импульс, прис

в ..ч 1 vj,4 , IfJ, l-g 2 -- J rUIUyjlDl,,

нятый против потока, проходит открытый ключ 12 и с его выхода изменяет состояние линии задержки 8 на время , устанавливает в состояние формирования первого восходящего фрота автоциркулятор 24 пилообразных напряжений (фиг. 3, график f).

Потенциалами выходов линий задержки 7 и 8 в течение tj и tj, закрыты элементы И логической схемы 2И-2ИЛИ 18, а автоциркуляторы 23 и 24 пилообразных напряжений формируют первые восходящие фронты. Длительность формирования определяется для автоцирку- лятора 23 пилообразных напряжений временем t° ut+t°, а для автоциркулятора 24 пилообразных напряжений - временем равным t° , По истечении времени t с момента запуска преобразователя 21 временных интервалов последний выдает импульс, который переключает автоциркуляторы 23 и 24 пилообразных напряжений из состояния формирования первых восходящих фронтов (см. фиг. 3, графики d,f) в состояние формирования первых ниспадающих фронтов, задает автоциркуляторам 23, 24 состояние формирования первых восходящих фронтов, зеркально отображаемых, формированием первых ниспадающих фронтов.

При отсутствии потока, когда t.

Ч г длительность формирований восходящих и ниспадающих фронтов автоциркулятором 23 пилообразных напряжений равна длительности формирования восходящих и ниспадающих / фронтов автоциркулятором 24 пилообразных напряжений, временная раз- ность ut между импульсами на выходе автоциркуляторов за п формирований равна нулю. При наличии потока, когда ,; tj-t,ut, за п формирова

ю

20

НИИ фронтов временная разность между импульсами на выходе автоциркуля- торов 23 и 24 равна и определяется скоростью потока V и количеством формирований.

С выхода автоциркулятора 24 пилообразного напряжения, п-й импульс заданного количества формирований устанавливает ячейку накопления и запоминания потенциалов оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 19, например ячейку 28, в состояние запоминания и накопления потенциалов, а спустя время At-n импульс заданного количества формирований переключает эту ячейку в состояние только запоминания накопленного потенциала.

По истечении времени t| с момента приема первого сигнала по потоку импульс линии задержки 7 запускает формирователь 9, а по истечении времени t с момента приема первого сигнала против потока импульс линии задерж- 25 ки 8 запускает формирователь 10, строб-импульсы длительностью 2ut ко- торьк устанавливают в состояние проводимости ключи 11,12 соответственно (см. фиг. 2, графики Ь,с).

С выхода ключа 11 сигнал, принятый rto потоку, вновь изменяет состояние линии задержки 7 на время t|, состояние преобразователя 21 временных интервалов на время t и устанавли- g вает автоциркулятор 23 в состояние п формирований восходящих и ниспадающих фронтов, в которых длительность одного формирования , а с выхода ключа 12 сигнал, принятый против потока, вновь изменяет состояние

30

0

5

линии задержки 8 на время t, задаст автоциркулятору 24 состояние п формирований восходящих и ниспадающих {фронтов, в которых длительность го формирования равна t.

За п формирований с момента приема сигнала против потока автоциркулятор 24 выдает импульс, который опять устанавливает на время п-Лt Q ячейку 28 оперативного запоминающего устройства 19 в состояние накопления потенциала, по истечении которого импульс автоциркулятора 23 переводит эту ячейку в состояние запоминания g на копленного потенциала.

Ячейки 28 и 29 работают поочеред- .но, а накапливаемые ими потенциалы ограничены заданньм уровнем V, , достижение которого отображается импульсом весом Q, принятым за единицу объемного расхода. Кроме того, этот импульс переключает работающую ячейку в состояние сброса накопленного потенциала (см. график б), а исходную ячейку в состояние накопления Потенциала.

-Импульсы весом Q с выхода ОЗУ 19 Поступают в суммирующий счетчик 25, Который высвечивает суммарньй объемный расход в нарастающем порядке а оличество импульсов весом Q в одну с;екунду отображает мгновенньй объем- ijibM расход и высвечивается индикато- ом мгновенного объемного расхода. Для подключения к АСУ расходомер име- 4т логический выход дискретных сигна- jjiOB и выход аналоговых унифицирован- сигналов.

формула изобрет ения I Акустический расходомер, содержа1 ий два обратимых электроакустических 25 тель и двухканальный синхропроцессор, 1 реобразозателя, установленных на каждый канал которого содержит автойротивоположных стенках трубопровода, возбуждающий генератор, формирователь фтроб-импульсов, подавитель шума, ;|1вухканальную схему стробирования, каждый канал которой содержит после- ;i oвaтeльнo соединенные линию задерж-г ки, формирователь строб-импульсов, ключ и усилитель, подключенные первыми входами ключей к выходам формирователя строб-импульсов, последова- } Цельно соединенного с третьей лини- фй задержки, а выходы ключей подклю- Цены к входам линий задержки соответствующих каналов, триггер, под- хлюченньй входом к второму выходу возбуждающего генератора, и схему 2И-2ИЛИ, первый и второй входы элемен

5

0

тов которой подключены соответственно к потенциальным выходам линий задержки двухканапьной схемы стробирования, третий вход - к входу триггера, а выход - к первому входу третьей линии задержки, второй вход которой подключен к выходу триггера, оперативное запоминающее устройство, подключенное выходом к цифровому преобразователю, при этом первый и второй обратимые электроакустические преобразователи соединены с выходами усилителей двух- канальной схемы стробирования и через подавитель шумов низкого уровня - с первым выходом возбуждающего генератора, отличающийся feM, что, с целью .повышения чувствительности расходомера и расширения функциональных возможностей, в него введены преобразователь временных интервалов, суммирующий счетчик объемного расхода, индикатор мгновенного объемного расхода, аналоговый преобразова0

5

0

циркулятор пилообразного напряжения, причем первые входы автоциркуляторов пилообразного напряжения подключены к выходам соответствующего ключа двухканальной схемы стробирования, их вторые входы подключены к выходу преобразователя временного интервала а выходы - к входам оперативного запоминающего устройства, второй, третий и четвертьй вькоды которого подключены соответственно к входам суммирующего счетчика объемного расхода, индикатора мгновенного Ьбъемйого расхода и аналогового преобразователя, при этом вход преобразователя временных интервалов подключен к выходу ключа и входу первой линии задержки.

Фиг. 2

Фи.З

фиг.