УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР Советский патент 1970 года по МПК G01F1/66 

Известны ультразвуковые расходомеры, содержащие два акустических преобразователя, коммутатор с триггером и усилитель-формирователь импульсов.

Предложенный расходомер в отличие от известных снабжен детектором частотно-импульсной модуляции, вход которого подсоединен к генератору через усилитель-формирователь импульсов, а выход - к демодулятору.

Это позволяет упростить конструкцию расходомера.

На фиг. 1 приведена схема, поясняющая принцип действия расходомера; на фиг. 2 - диаграмма напряжений в различных его узлах.

В датчике, представляющем собой отрезок трубопровода /, установлены пьезоэлементы 2 VI 3, подключенные к коммутатору 4. Работой коммутатора управляет триггер 5, подключенный через блок деления 6 к генератору импульсов 7. Другой выход коммутатора 4 подключен к генератору через усилитель-формирователь 8. Коммутатор, переключающий пьезоэлементы 2 тл 3, позволяет направлять ультразвуковые колебания поочередно по направлению потока и против него. В обоих случаях образуется замкнутая синхроцепь: генератор 7 - коммутатор 4 - пьезоэлементы 2 и 3 - коммутатор 4 - усилитель-формирователь 5 - генератор 7.

К выходу генератора подключен формирователь нормированных и гпульсов 9. связанный с детектором частотно-импульсной модуляции 10, подключенным ко входу демодулятора 11, работой которого через формирователь }2 управляет триггер 5.

Рассмотрим работу расходомера.

Допустим, что в момент времени f (фиг. 2,а короткие импульсы электрических колебаний генератора 7 поступают через коммутатор 4 на пьезоэлемент 2. преобразуются в ультразвуковые колебания и распространяются под углом к направлению двнжения потока. Ультразвуковые колебания, прощедщ 1е через контролпруемый поток, принимаются иьезоэлементом З, преобразуются в электрические колебания, через -коммутатор 4 иоступают на вход усилителя-формирователя 8 и после усиления вновь запускают генератор 7. В замкнутой синхроцепи устанавливается частота fi следования импульсов (фиг. 2,6),

определяемая выражением ,

где L - расстояние между пьезоэлементами; С - скорость распространения ультразвуковых колебаний в контролируемой среде;

Такое направление ультразвуковых колебаний сохраняется до момента опрокидывання триггера 5 (точка t). Количество синхроимпульсов за время от ti до t определяется емкостью блока деления 6. После опрокидывания триггера ультразвуковые колебания начинают распространяться в нротивоноложную сторону навстречу нотоку контролируемой жидкости. В этом случае в замкнутой сиихроцепи устанавливается частота f2 следования

импульсов, определяемая выражением ----.

О V

Разность частот A/ /i-/2 определяется вы2Уражеиием Д/ -. Из полученного выражеAJ

ния видно, что разность частот Л/ пропорциональна скорости потока жидкости, а следовательно, и расходу. Для выделения разностной частоты, пропорциональпой расходу жидкости, синхроимпульсы с генератора 7 поступают па вход формирователя нормированных импульсов 9 (например, ждущего мультивибратора или фантастрона). Импульсы с выхода формирователя 9 (фиг, 2,б) постоянной амплитуды и длительности поступают на вход детектора частотно-имнульсной модуляции частот 10, нреобразуюпдего частотно-модулированные колебания в амплитуду .импульсов низкой частоты (фнг. 2,г).

Постоянные напряжения f/i и f/a на выходе детектора частотно-импульсной модуляции 10 соответственно по потоку жидкости и против потока определяются следующими выражениями:

г г A-f т г A-Z с/1 и с/о ,

7-1 Т.,

где А и т - соответственно амилитуда и длительность нормированных импульсов на входе детектора; TI и Гг - период следования синхроимпульсов соответственно по нотоку и против потока жидкости.

Разность постоянных напряжений AV после подстановки их значений и несложных иреобразований определяется следующим выражением:

ЛГ А,(А).

Ч -I 1 2 /

Так как - /i, а- /2, иосле подстановки TIТ

нолучим:

(/1-Г2)ЛтД/,

Разность постоянных напряжений /AV, представляющая собой амплит ду импульсов низкой частоты на выходе детектора частотнонмпульсной модуляции, пропорциональна разностной частоте А/ и, следовательно, скорости (расходу) жидкости. При иеподвижной

жидкости () разностная частота А/ равна нулю, тогда и амплитуда импульсов низкой частоты At/ равна нулю.

Для преобразования амплитуды импульсов низкой частоты в постоянное напряжение они

поступают на вход демодулятора И, который переключается низкочастотными импульсами с формирователя 12. Формирователь запускается импульсами с одного нз нлеч триггера 5.

Предмет изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий два акустических преобразователя, коммутатор с триггером и усилитель-формирователь импульсов, соединенные в цепь синхрокольца через генератор, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, он снабжен детектором частотно-импульсной модуляции, вход которого подсоединен к генератору через усилитель-формирователь импульсов, а выход подсоединен к демодулятору.

8 UiJ-1