Ультразвуковой расходомер Советский патент 1989 года по МПК G01F1/66 

оо

CQ

315008374

нератор 7 выдает тактовые импульсы рение прием использовань первый 2

на вычислитель 3 и преобразователь 2 1фемя - код. Для развязки цепи измеи второй 14 диоды, включенные встречно . 1 ил.

и второй 14 диоды, включенные встречно . 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении расходов жидкостей. Цель изобретения - повышение точности измерения. Ультразвуковой расходомер содержит первый 4 и второй 16 ультразвуковые преобразователи, возбуждаемые одновременно генератором 1 возбуждающих импульсов, на который с кварцевого генератора 7 через делитель 11 поступают периодически задающие зондирующие сигналы. Расходомер также содержит двухканальную схему преобразования принятых с малым разнесением во времени ультразвуковых сигналов, состоящую из двух стробоскопических преобразователей 9 и 10, двух компараторов 13 и 15 и второго преобразователя время - код. На вычислитель 3 поступают код разности задержек двух принятых ультразвуковыми преобразователями 4 и 16 сигналов и код задержки ультразвукового сигнала, принятого ультразвуковым преобразователем 4 и прошедшего через приемник 5. Цифровая линия 8 задержки выдает задержанные импульсы с кварцевого генератора 7 на запуск стробоскопических преобразователей 9 и 10 и на тактовый вход первого преобразователя время-код. Кварцевый генератор 7 выдает тактовые импульсы на вычислитель 3 и преобразователь 2 время-код. Для развязки цепи измерение - прием использованы первый 12 и второй 14 диоды, включенные встречно. 1 ил.

Изобретение относится к измери- тельной технике И может быть использовано при измерении расходов жидкостей ,

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже представлена структурная схема ультразвукового расходомера.

Ультразвуковой расходомер содер- жит последовательно соединенные генератор возбулвдающих импульсов, первый преобразователь 2 время - код, и вычислитель 3. Первый ультразвуковой преобразователь 4 через приемник 5 подсоединен к второму входу преобразователя 2. Выходы второго преобразователя 6 время - код связаны с вторыми входами вычислителя 3, а выход кварцевого генератора 7 связан с тре- тьими входами вычислителя 3, первого преобразователя 2 времй - код, а также через цифровую линию 8 задержки - с первыми входами ст робоскопических преобразователей 9 и 10 и первым вхо- дом второго преобразователя 6 время - код. Выход кварцевого генератора 7 также через делитель I частоты подключен к входу .генератора 1 возбуждающих импульсов, второй выход кото- рого через последовательно соединенные первые диод 12, стробоскопический преобразователь 9 и компаратор 13 подсоединен к второму входу второго преобразователя 6 .время - код, а че- рез последовательно соединенные вторые диод 14, стробоскопический преобразователь 10 и компаратор 15 - к третьему входу второго преобразователя 6 время - код,. Первый ультразвуковой преобразователь 4 подсоединен к второму 73КОДУ первого стробоскопического преобразователя 9, а второй преобразователь 16 - к второму входу второго стробоскопического преобра- зователя 10. Первый выход генератора 1 возбужд,а101цих импульсов соединен с вторыми входами цифровой линии 8 за- .цержки и приемника 5. Вторые входы

компараторов 13 и 15 предназначены для подачи опорного напряжения

Ультразвуковой расходомер работает следующим образом.

Непрерывная серия импульсов с выхода кварцевого генератора 7 частотой fc поступает на вход делителя 11 частоты, поэтому на его выходе образуются импульсы частотой

FO fc/Nc

()

где NO - коэффициент деления делителя 1 1 , выбираемый из условия

,

MOIK.C5

t - время распространения ультразвуковой волны между ультразвуковыми преобразователями 4 и 16.

Этими импульсами запускается генератор 1 возбуждающих импульсов. В момент возбуждения to закрывается приемник 5 на временной интервал ,, Поскольку на первый вход преобразователя 2 поступают запускающие импульсы- соответствующие во времени моментам излучения, на второй - моментам появления принятого сигнала, а на третий - сигнал дискретизации частотой fp, на выходе преобразователя 2 образуется код

N,(t) f.. (t).

(2)

При поступлении очередного импульса излучения содержание преобразователя 2 сбрасывается, однако на его выходах прежнее содержание сохраняется (имеется внутренняя буферная память), поэтому на вычислитель 3 непрерывно поступают текущие значения кода N(t). Импульсами с первого выхода генератора 1 также запускается цифровая линия задержки поэтому на его выходе образуется серия импульсов, сдвинутых относительно моментов излучения на временной интервал t . . Этими импульсами запускаются стробоскопические преобразователи 9 и 10, на вторые входы которых поступают принятые преобразователями 4 и 16 ультразвуковые импульсы.

прошедшие среду по потоку и против него. .На выходах преобразователей 9 и 10 образуются импульсы, совпадающи по форме с импульсами, принятыми ультразвуковыми преобразователями А и 16, однако временный масштаб у них расширен в К раз. Эти импульсы поступают на первые входы компараторов 13 и 15. В моменты сравнения напряже НИИ на их входах с опорным напряжением Up (например, U j, 0) на выходах компараторов образуются сформированные импульсы напряжений. Временной интервал между ними равен

.R-V(t)/tgt/-c(t). (3)

Путем подбора параметров стробоскопических преобразователей 9 и Ю коэффициент расширения К может быть выбран 10 и более, поэтому временной интервал dt(t) преобразуется из наносекундного диапазона в шшлисе- кундный, что увеличивает точность. его измерения. В преобразователе 6 время - код временной интервал d i(t) преобразуется в код

) Л (t)-F,

Для этой цели на первый вход вто- рого преобразователя 6 поступает сиг- над с выхода линии 8 задержки с частотой дискретизации F,,. Код N(t) поступает на вычислитель 3, в котором по известному коду базы измерения

2Ra,.

N fl -::,- (а - шаг дискретизации)

sin а.

и измеренной величине кода вычисляется код скорости ультразвука в среде

Nc(t) Ng/N,(t),(5)

л

а потом его квадрат N j.(t) . Далее по зависимости

N(t) N,;(t)-tgrf-N(t)/4KaR,

полученной с учетом выражения (5), вычисляется скорость потока среды (массовый ипи объемный расход).

Устройство характеризуется повышенной точностью, поскольку применение стробоскопических преобразоватее - ю 15

20 25

30 - 35

40

45

50

лей временных интервалов позволяет повысить точность измерения интервалов времени между двумя импульсами.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий первый и второй ультразвуковые преобразователи, генератор возбуждающих импульсов, первый и второй преобразователи время - код, приемник, кварцевый генератор, причем ге-г нератор возбуждающих импульсов соединен с первым входом первого преобразователя время - код, который выходом подключен к первому входу вычислителя, соединенного вторым входом с выходом второго преобразователя время - код, второй ультразвуковой преобразователь соединен с вторым входом приемника, подключенного выходом к второму входу первого преобразователя время - код, а кварцевьй генератор подключен к тактовым входам вычислителя и первого преобразователя время - код, отличаю щ. ий- с я тем, что, с целью повьш1ения точности измерения, в него введены первый и второй стробоскопические преобразователи, первьй к второй компараторы, цифровая линия задержки, делитель частоты и первый и второй разделительные диоды, причем первьп и второй стробоскопические преобразователи соединены через соответствующий компаратор соответственно с первым и вторым входами второго преобразователя время - код, тактовый вход которого соединен с выходом цифровой линии задержки и первыми входами стробоскопических преобразователей, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму ультразвуковым преобразователям, соединенным через диоды с выходом генератора возбуждающих импульсов, вход которого через делитель подключен к выходу кварцевого генератора и первому входу цифровой линии задержки, второй вход которой соединен с первым вко- , дом приемника и выходом генератора возбуждающих импульсов.