ОДНОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР Советский патент 1973 года по МПК G01F1/66 

1

Изобретеннс касается расхода с помощью ультразвука.

В известных однокапальных ультразвуковых расходомерах, осуществляюн1,нх квантование нитервалов времени импульсамн с частотоп следования, пропорциональной скорости ультразвука, не полностью исключается зависимость выходного сигнала от скорости ультразвука в измеряемой среде.

В предлагаемом устройстве для иовышеПИЯ точности измерительное устр011ство выполнено в виде генератора стабильной частоты, подключеииого к входу смесителя, к другому входу которого подключен генератор, а выходы соединены со вxoдa пI смеснтелей, другие входы которых соединены с выходамИ соответствующих одновпбраторов, а - со входами умножителей частоты, выходы которых соединены со входами соответствующих смесителей, другие входы которых соединены с умножителем частоты генератора стабильной частоты, а выходы - со входами триггеров Шмитта с дифференцирующими цепочками, выходы которых соединены со входами цифрового измерителя интервалов времени.

Измерительное устройство содержит расширитель интервалов вре.мепп между импульсами Л/, нроиорпнональных расходу потока жидкости, цифровой измеритель расщиренных иитервалов времеии и исключает зависимость выходного сигнала расходомера от скорости ультразвука в измеряемом потоке жидкости за счет преобразования частоты со (иропорцпональпой скорости ультразвука С) следования интервалов времени Л в стабильную частоту (.) п за счет квантования в цифровом измерителе иптервалов времеии импульсами с частотой следования kF, iipoпо;рцнопальной скоростп ультразвука С.

На чертеже дана схема нредлагаемого устройства.

Расходомер содержнт акустпческнй преобразователь / с четырьмя ньезоэлементами

9-.

импульсный геэ, уснлитель ИМПУЛЬСОВ

нератор /, селективные усилители имиульсов 8 и 9, одновибратор Ю, 11 и измерительное устройство, содержащее смесители 12-16, генератор стабпльиой частоты 17, умножители частоты 18-21, триггеры Шмптта с дифференцирующими цепочками 22 п 23, цифровой измеритель интервалов времени 24.

Одииочные впдоимпульсы с геператора 7 одиовремещк) поступают на ньезоэлементы 2, 3 п 5 п подаются также на селективные усилители 8 и 9 для их запираиия па время излучения импульсов. Период Т посылки импульсов иьезоэлемеитами обратно нропорциопален скорости С ультразвука в жидкости иотока и определяется известной схемой сии рокольца, образованного излучающим пьезоэлементом 5, потоком, приемным иьезоэлементом 4, усилителем импульсов 6, имиульсиым геператором 7 и равен Т-- i. , СF где D - расстояние между излучаюнигм 5 и приемным 4 иьезоэлементами, равное диаметру трубы нреобразователя. Излученные пьезоэлементом 2 но потоку и пьезоэлеме |том 3 против потока импульсы поступают соответственно на ньезоэлементы 3 н 2 через время D t,, . ,(2) sin . (С -J- V cos .) D sin a (С - V COS 2) где а - угол излучения; V - средняя скорость потока. Принятые пьезоэлементами 3 и 2 имиульсы усиливаются соответственпо селективными усилителями 9 я 8 и подаются на запуск одновибраторов // и 10. Последние вырабатывают короткие имнульсы длительностью /1 Т, причем каждый импульс с одиовибратора // опережает имиульс с одиовибратора 10 на время Д/, равное разности времени , и /, V, т. е. 2 Dctff X &f t,. - t.,. V .(4) С- -WJcOS a Поскольку C2 , членом , в знаменателе выражения (4) пренебрегаем, тогда Из выражения (5) видно, что инте:рвал Д/ меладу импульсами одновибраторов W к 11 прямо пропорционален средней скорости потока V и значит пропорционален расходу потока. Наличие в выражении (5) знаменателя С обусловливает погрешность измерений от вариаций скорости ультразвука С. Импульсы с одновибрато1ров 10 и // подаются на измерительное устройство. Измерительное устройство расширяет интервал At между импульсами одновибраторов 10 и //в («-J-1) раз, исключает зависимость выходного сигнала от скорости ультразвука С; измеряет цифровым из.мерителем расширенный иите,рвал времени. Измерительное устройство работает следующим образо.м. Генератор 17 вырабатывает гармонические колебания с круговой частотой ыо. Гармоннческие колебання соо с генератора 17 подаются на смеситель 14 и умножитель частоты 20. На смеситель М нодаются также имиульсы с геиератора 7, круговая частота первой гармоники равна со 2л/-. С.меситель 14 выделяет су.ммарную частоту co-f соо. С выхода смесителя 14 гармонические колебания w + too/ подаются на смесители 12 и 13. На смесители 12 и 13 иодаются также периодические последовательности импульсов соответственно с одновибраторов 10 и //, частота следования которых равна F. Первые гармоники этих периодических последовательностей импульсов, подаваемых на смесители 12 и 13 (ири начальной фазе колебаннй, ноступающих с одповибратора 10 на смеситель 12, равной 0), равны соответственно (О/ и (о(/ + Д/). Смесители 12 и 13 выделяют разности частот иодаваемых гармонических колебаннй. сигналы с которых, соответственно (равные ), нодаются (ОО/ и 10о(/ + на умножители частоты 18 19. Последние умножают в («+) раз частоту иодаваемых на их колебаний. С выходов умножителей частоты 19 гармонические колебання, равные ветственрю (п+) (Оо/ и (n+l)( (i + нодаются на смесители /5 и 16. На смесители 15 и 16 нодаются также гармонические колебания /коо/ с умножителя частоты б , умножающего в п раз частоту гармонических колебаний генератора 17. Смесители 15 и 16 выделяют разностную частоту подаваемых на их входы колебаний. С выходов смесителей /5 и 6 гармонические колебаиия. соответствеппо равные Mai и (/: J- 1) 0)0(/ +). подаются па входы триггеров Шмитта с дифференцируюии1ми leпочками 22 и 23. Триггеры срабатывают в момент нулевой фазы подаваемых па их вход гармонических колебаний. Прямоугольные импульсы с триггеров Шм-итта, сдвинутые относительно одни другого на интервал времени A/ (rt + 1) .t, дифференцируются дифференцирующими цепочками и иодаются на цифровой измеритель интервалов времени 24. С выхода триггера Шмитта с дифференцирующей ценочкой 23 ностуиает на цифровой измеритель интервалов времени 24 стартимпульс, с выхода триггера с дифференцирующей цепочкой 22 - стоп-импульс. Квантующие импульсы kF, пропорциональные скорости ультразвука С, подаются на цифровой измеритель интервалов вре.мени 24 с умножителя частоты 21, умножающего в k раз частоту нериодического сигнала F, поступающего на него с импульсного генератора 7. Количество нмнульсов, измеренное счетчиком цифрового измерителя интервалов времени 24 N At/fef ,(n+ 1) Л . 1 . Как видно из выражения (8), входной сигнал цифрового измерителя интервалов времени 24 прямо пропорционален средней скорости потока v и. не зависит от скорости ультразвука С. Расход жидкости равен произведению средней скорости потока на площадь поперечного сечения преобразователя. Предмет и з о б ip е т е п и я Однокапальный ультразвуковой расходомер, содержащий акустический преобразователь, уоилитель, генератор, два селективных усилителя, два одновиоратора, умножитель частоты и измерительное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерительное устройство выполнено в виде генератора стабильной частоты, подключенного к входу смесителя, к другому входу которого подключен генератор, а выходы соединены со входами смесителей, другие входы которых соединены с выходами соответствующих одновибраторов, а выходы - со входами умножителей частоты, выходы которых соединены со входами соответствующих смесителей, другие входы которых соединены с умножителем частоты генератора стабильной частоты, а выходы - со входами триггеров Шмитта с дифференцирующими цепочками, выходы которых соединены со входами цифрового измерителя интервалов времени.