Фазовый ультразвуковой расходомер Советский патент 1989 года по МПК G01F1/66 

4 ОО СО

to

О5 О5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей и газов.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого расходомера; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу расходомера.

Расходомер состоит из приемо-передаю- щих пьезопреобразователей 1 и 2, коммутатора 3, усилителя 4, формирователей 5 и 6, фазового компаратора 7, блока 8 считывания частот, усилителя 9 мощности, блока 10 вычисления расхода, управляемого генератора 11, сумматора 12, интегратора 13, ин- дикатора 14,блока 15 управления и блока 16 формирования скачка.

Расходомер работает следующим образом.

Непрерывные синусоидальные колебания с выхода управляемого генератора 11 через усилитель 9 мощности и коммутатор 3 подаются на пьезопреобразователь 1 и излучаются по потоку. Пьезопреобразователь 2 преобразует прошедшее через поток ультразвуковые колебания в электрический сиг- нал, который усиливается усилителем 4, преобразуется в прямоугольные импульсы формирователем 5 и поступает на первый вход фазового компаратора 7. На второй вход фазового компаратора 7 поступают прямоугольные импульсы с формирователя 6, сфор- мированные из выходных колебаний усилителя 9 мощности. Выходное напряжение фазового компаратора 7 интегрируется интегратором 13 и через сумматор 12 управляет частотой управляемого генератора 11. Частота управляемого генер атора 11 уста- навливается равной значению f i, при котором разность фаз между излучаемыми колебаниями и принятыми колебаниями равняется целому числу периодов, т. е.

,

где п - целое число.

Эта частота фиксируется в блоке 8 считывания частот по сигналу с блока 15 управления (фиг. 2в). В момент времени ti (фиг. 26) производится переключение коммутатора 3 и обнуление интегратора 13 (фиг. 2д). Ультразвуковые колебания излучаются пьезопреобразователем 2 против потока и принимаются пьезопреобразователем 1. Управляемый генератор 11 снова настраивается на такую частоту fo, при которой разность фаз между излученными и принятыми колебаниями равняется целому числу периодов, т. е.

Дф 2лп, при этом

f C+V

, пт-;

С-V

0

..

5 0 5

Q

5 0

где С - скорость распространения ультразвука в контролируемой среде; V - скорость потока; L - расстояние между пьезопреобразователями.

Частота fa также фиксируется в блоке 8 считывания частот по сигналу с блока 15 управления (фиг. 2в). В момент времени t2 производится обнуление интегратора 13, переключение коммутатора 3 и формирование скачка на выходе блока 16 формирования скачка по сигналу с блока 15 управления (фиг. 2а). При этом напряжение скачка, подаваемое на сумматор 12, выбрано таким, что управляемый, генератор И настраивается на частоту fi, при которой разность фаз колебаний равна целому числу периодов, ровно на единицу большему, чем при частоте f. Частота f Г также фиксируется в блоке 8 считывания частот. Затем в момент 1з производится переключение коммутатора 3 и обнуление интегратора 13. Управляемый генератор 11 настраивается на частоту (г, которая также считывается блоком считывания частот. При этом

f rn LMC+V. ti(n+i)- |j- .

f 2(rl+l)-v.

В блоке 8 считывания частот формируется разность ((f + fo) - (fi+Ь)). Если эта разность не превышает наперед заданную величину, то на блок 15 управления выдается сигнал (фиг. 2г), по которому блок 15 управления запускает блок 10 вычисления расхода. В блоке 10 вычисления расхода определяется скорость потока, равная

v((i;+b )-(f1+f2)) ,

-И-Н2

по которой при известном сечении трубопровода рассчитывается расход и выдается на индикатор 14. Затем цикл измерений повторяется. Если блок 8 считывания частот не выдает сигнала на блок 15 управления, то цикл измерений повторяется, а блок 10 вычисления расхода не запускается. При этом на индикаторе 14 остаются предыдущие показания. Таким образом устраняются сбои.

Использование предлагаемого датчика позволяет производить измерение расхода, не зависящее от вариаций скорости распространения ультразвука в контролируемой среде,

Формула изобретения

Фазовый ультразвуковой расходомер, содержащий два приемо-передающих пьезо- преобразователя, подключенные к коммутатору, соединенному с усилителем мощности,

с усилителем и с блоком управления, фазовый компаратор, блок вычисления расхода и связанный с ним индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен блоком считы- вания частот, блоком формирования скачка, двумя формирователями и последовательно соединенными интегратором, сумматором и управляемым генератором, причем первый и второй входы фазового компара- тора подключены через формирователи, соответственно, к выходам усилителя и усилителя мощности, выход фазового компаратора соединен с входом интегратора, выход управляемого генератора соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с первым входом блока считывания частот, к второму входу сумматора подключен выход блока формирования скачка, выходы блока управления соединены с управляющими входами интегратора, блока формирования скачка, блока считывания частот и блока вычисления расхода, вход блока управления соединен с первым выходом блока считывания частот, второй выход которого соединен с блоком вычисления расхода.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность измерения за счет устранения влияния изменений скорости распространения ультразвука в среде. В контролируемую среду с помощью пьезопреобразователей 1 и 2 излучаются ультразвуковые колебания сначала по потоку, а затем против потока. Коммутация осуществляется коммутатором 3. Разность фаз излученных и принимаемых колебаний устанавливается равной целому числу периодов перестройкой частоты управляемого генератора 11, который управляется выходным напряжением цепочки, состоящей из двух формирователей 5 и 6, фазового компаратора 7, интегратора 13 и сумматора 12. Частоты фиксируются в блоке 8 считывания частот. Затем управляемый генератор перестраивается подключением к сумматору 12 напряжения скачка с блока 16 формирования скачка таким образом, что разность фаз увеличивается ровно на единицу. Приведена зависимость для вычисления расхода. 2 ил.

I/

а

б

Фиг. 2