Ультразвуковой расходомер Советский патент 1976 года по МПК G01F1/00 

1

Изобретение относится к ультразвуковым способам измерения и может быть использовано для определения скорости потока жидкости или газа и его расхода.

Известны ультразвуковые рас.ходомеры, основанные на эффекте смещения ультразвуковых воли потоком жидкости или газа и содержащие генераторы высокочастотных колебаний, соединенные с излучающими вибраторами, которые возбуждают колебания по потоку и против потока, приемные вибраторы, смесители электрических колебаний и измерительный блок.

Недостатками известных устройств являются зависимость результатов измерения от изменения скорости распространения ультразвуковых колебаний в движущейся среде, а также малая точность измерения текущего значения расхода. Для получения большой точности при больщой базе измерений время измерения должно быть значительно увеличено, что исключает контроль текущего расхода.

Для повышения точности измерений предлагаемый расходомер дополнительно содержит генератор пилообразного напряжения, причем генератор высокочастотных колебаний соединен с излучающими вибраторами, к входам каждого смесителя подключены соответственно излучающий вибратор одного канала и приемиый вибратор другого, а выходы

смесителей соединены с входами измерительного блока, один выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом регулировки частоты генератора высокочастотных колебаний, а другой - с разрешающим входом измерительного блока.

Кроме того, измерительный блок может быть выполнен в виде реверсивного счетчика, два выхода которого через ключи связаны с

импульсным генератором и смесителями электрических колебаний, а третий вход которого соединен с третьими входами ключей и с генератором пилообразного нанряжения.

Иа фиг. 1 изображена блок-схема онисываемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в различных точках блок-схемы.

Расходомер содержит двухканальный акустический преобразователь с излучающими Г, 2

и приемными 3, 4 вибраторами, которые закреплены на трубопроводе 5, генератор 6 высокочастотных колебаний, соединенный с излучающими вибраторами 1, 2, смесители 7 и 8 электрических колебаний, к входам каждого

из которых подключены соответственно излучающий вибратор 1 (2) одного канала и приемиый вибратор 3 (4) другого, измерительный блок 9, входы которого соединены с выходами смесителей 7 и 8, и генератор 10 пилообразного напряжения, один выход которого соединен с входом регулировки частоты генератора 6 высокочастотных колебаний, а другой - с разрешающим входом измерительного блока 9. Измерительный блок 9 содержит ключи 11 и 12, импульсный генератор 13 и реверсивный счетчик 14. Два входа реверсивного счетчика 14 связаны с импульсным генератором 13 и смесителями 7 и 8, а третий вход - с третьими входами ключей 11 и 12 и с генератором 10. Устройство работает следующим образом. Пилообразное напряжение генератора 1C изменяет частоту генератора 6 ультразвуковых колебаний по пилообразному закону (фиг. 2а). От генератора 6 высокочастотны. колебаний напряжение с изменяющейся частотой поступает на излучающие вибраторы I и 2, возбуждающие ультразвуковые колебания по и против напряжения потока среды 15 Е трубопроводе 5. На приемные вибраторы 3 4 ультразвуковые колебания приходят со сдвигом на время п и Т2 соответственно, Приче1У1 т, - . Т2 (1) С + Vс-V Изменение частоты колебаний от времени на приемных вибраторах 3 и 4 (в точках г я д схемы фиг. 1) показано на фиг. 2г и 2д соответственно. На один вход смесителей 7 и 8 подается напряжение изменяющейся частоты от генератора 6 высокочастотных колебаний (фиг. 2а), а на другой вход смесителей 7 и 8 приходит напряжение также изменяющейся частоты от приемных вибраторов 3 и 4 (фиг. 2г и 2д), соответственно. Поскольку напряжение изменяющейся частоты на приемных вибраторах 7 и 8 сдвинуто на время п и Т2 относительно излученных колебаний (фиг. 2а), то разностная частота на выходе смесителя 7 будет равна б/. Ть а разностная частота на выходе смесителя равна где / - максимальное отклонение частоты генератора 6 ультразвуковых колебаний за период времени Т. Напряжение разностной частоты на выходе с.месителя (точка ж схемы фиг. 1) показано на фиг. 2 ж, на выходе смесителя 8 (точка е схемы фиг. 1) -на фиг. 2е. Обозначим период разностной частоты на выходе смесителя 7 через TI, а на выходе смесителя 8 - через Гд. При этом из выражений (1), (3) получим, что разность периодов разностных частот равна 1 т/ I 1 11 J I I -7;( -- - 2-- Л т, е. при линейном законе модуляции р.азность периодов двух разностных частот прямо про4550 55 60 65 порцйбнальна скорости потока V и не зависит от скорости ультразвука в исследуемой среде 15. Для измерения разности периодов по выражению (4) используется измерительный блок 9. На разрещающий вход (точка б на фиг. 1) измерительного блока 9 подается сигнал со второго выхода генератора 10 для задания времени измерения (временная диаграмма сигнала показана на фиг. 26). В качестве измерительного блока 9 используется реверсивный счетчик 14, импульсный генератор 13 и два ключа Ни 12. Импульсный генератор 13 подает на ключ И импульсы стабилизированной частоты (фиг. 2л), а на ключ 12 - импульсы той же частоты, но сдвинутые на часть периода с тем, чтобы импульсы на выходе ключа 11 не совпадали во времени с импульсами на выходе ключа 12. Генератор 10 сбрасывает реверсивный счетчик 14 в нулевое состояние и вырабатывает импульсы разрешения на входах ключей 11 и 12 (в точках б), показанные на фиг. 26. Под действием сигнала смесителей 7 и 8 (фнг. 2 ж и 2 е) на вторых входах ключей II и 12 образуется импульс разрешения на время периода Г и TZ соответственно (фиг. 2к и 2и). Поэтому на каждый вход реверсивного счетчика импульсов 14 подается пачка импульсов от импульсного генератора 13, причем число импульсов в первой пачке (фиг. 2н) пропорционально периоду TI, а число импульсов во второй пачке (фиг. 2м) -периоду Tj. Следовательно, показания реверсивного счетчика будут соответствовать разности периодов двух разностных частот и будут пропорциональны скорости потока по выражению (4). В измерительном блоке 9 можно измерять не только один период, но и полупериод или несколько периодов или полупернодов разностных частот 6/1 и 6/2. Формула изобретения 1.Ультразвуковой расходомер, содержащий двухканальный акустический преобразователь с излучающим и приемным вибраторами в каждом канале, генератор высокочастотных колебаний, два смесителя электрических колебаний и измерител1,ный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство дополнительно содерг жит генератор пилообразного напряжения, причем генератор высокочастотных колебание соединен с излучающими вибраторами, к хот дам каждого смесртеля подключены соответг ственно излучающий вибратрр одного и приемный вибратор другого, выхеди дме сителей соединены с входами измерительногд блока, одрн выход генератору пилорбразногд напряжения соединен с входом регулировку частоты ген§раторэ высекочастотньдх колеб нрй, а другой - с разрешающем входом НЗ мерительного блока. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный блок выпдлнен в виде ре

йерспвногб счетчика, два входа которого через ключи связаны с импульсным генератором и смесителями электрических колебаний, а

третий вход которого соединен с третьими входами ключей и с генератором пилообразного Напряжения.

,

f