Ультразвуковой измеритель скорости потока Советский патент 1976 года по МПК G01P5/24 G01F1/66 

1

Изобретение относится х области измерительной техники и может быть иснользовано в различных отраслях иародного хозяйства для измерения скорости потока и расхода жидкостей и газов.

Известиы ультразвуковые измерители скорости потока и расхода, построенные по принципу синхрокольца 1. Недостатком таких измерителей является потеря результата измерений в случае срыва автоциркуляции импульсов, вызванного какой-либо впешей помехой.

Этот недостаток устранен в 2, где ультразвуковой импульс, прошедший контролируемую среду, использован не для повторного запуска излучателя, а для прерывания излучения на интервал времени, равный длительности этого импульса. В этом случае возбуждение излучателя продолжается до момента приема излученного сигнала и прекращается в момент приема. Автоциркуляция импульсов в синхрокольце устанавливается автоматически, но чувствительность измерительной системы у.меньшается в два раза и, кроме погрешности, обусловленной искажением переднего фронта акустического импульса, появляется погрешность, обусловленная искажением заднего фронта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ультразвуковой измеритель скорости потока 3, включающий два измерительных канала, построенных по схеме синхрокольца, состоящих из излучателя ультразвука, соединенного с формирователем импульсов возбуждения излучателя, и приемника ультразвука, последовательно соединенного с усилителем и формирователем импульсов автоциркуляции, измерительный и регистрирующий блоки.

Недостатком известного устройства является возможность срыва автоциркуляции имиульсов в случае возникновения внешних помех.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости измерителя.

Поставленная цель достигается за счет того, что в каждое синхрокольцо введены генератор импульсов запрета, схема запрета, два генератора задержки, два формирователя коротких импульсов и схема ИЛИ, причем выход формирователя импульсов автоциркуляции соединен со входами генератора импульсов запрета и первого генератора задержки, выход генератора импульсов запрета соединен со входами схемы запрета и формирователя импульсов возбуждения излучателя, выход первого генератора задержки через первый формирователь коротких импульсов соединен со входа.ми схемы ИЛИ и второго генератора задержк), выход второго генератора задержки соединен через второй формирователь коjjOTKHx импульсов со входами первого генератора задерж:си и схемы ИЛИ, а выход схемы ИЛИ через схему запрета соединен со входом формирователя импульсов возбуждения излучателя. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя с одним синхрокольцом. В него входят приемник ультразвука 1, усилитель 2, формирователь импульсов автоциркуляции 3, генератор импульсов запрета 4, схема запрета 5, формирователь импульсов возбуждения излучателя 6. излучатель ультразв -ка 7, первый генератор задержки 8, первый формирователь коротких импульсов 9, второй генератор задержки 10, второй формирователь коротких импульсов 11, схема ИЛИ 12, измерительный блок 13, регистрирующий блок 14. Выход приемника ультразвука 1 соединен через усилитель 2 со входом формирователя импульсов автоциркуляции 3. Выход формирователя имиульсов автоциркуляции 3 соединен со входами генератора импульсов запрета 4 и первого генератора задержки 8, выход генератора импульсов запрета 4 соединен со входами схемы запрета 5 и формирователя импульсов возбуждения излучателя 7, выход первого генератора задержки 8 через первый формирователь коротких имиульсов 9 соединен со входами схемы ИЛИ 12 и второго генератора задержки 10, выход второго генератора задержки 10 соединен через второй формирователь коротких импульсов 11 со входами первого геиератора задержки 8 и схемы ИЛИ 12, выход схемы ИЛИ 12 через схему запрета 5соединен со входами формирователя импульсов возбуждения излучателя 7 и измерительного блока (счетчика импульсов) 13, к выходу счетчика импульсов 13 подключен регистрирующий блок 14. Выход формироватс,1я 6является выходом синхрокольца. Устройство работает следующим образом. При иаличии автоциркуляции импульсов в синхрокольце акустический сигнал, прошедший через коцтролируемую среду, преобразуется приемником хльтразвука 1 в электрический сигнал, этот сигнал проходит усилитель 2 и формирователь импульсов автоциркуляции 3 и поступает на запуск геиератора {мпульсов запрета 4. Выходной имлульс генератора импульсов запрета поступает па формирователь импульсов возбуждения излучателя 6, в котором формируется импульс по переднему фронту импульса запрета, совпадающему во времени с передним фронтом акустического нмпульеа. Импульс запрета, таким образом, закрывает электрический тракт сиихрокольца на интервал времени, равный его длительности, что повышает помехоустойчивость уетройства. Выходной импульс формирователя импульсов возбуждения излучателя 6 возбуждает излучатель ультразвука 7. Акустический импульс излучается в сторону приемника ультразвука 1 и далее процесс повторяется. Импульс с выхода формирователя импульсов автоциркуляции 3 заиускает также первый геператор задержки 8. Первый формирователь коротких импульсов 9 формирует импульс, соответетвующий заднему фронту импульса задержки первого генератора задержки 8. Этот запускает второй геператор задержки 10. Второй формирователь коротких Импульеов 11 формирует короткий импульс по заднему фронту имнульса задержки, поступающему е выхода второго генератора задержки 10. Короткий импульс поступает на повторный запуск первого генератора задержки 8. Одновременно выходные импульсы первого второго формирователей коротких импульсов 9 и 11 поступают через схему ИЛР 12 на вход схемы запрета 5. При условии, что оба импульса задержки, формируемые первым и вторым генераторами задержки 8 и 10, по длительности превосходят максимальное значение периода следования импульсов автоциркуляции, на втором входе схемы занрета 5 в этот момент дейетвует импульс запрета, и иа выходе схемы запрета еигнал отсутствует, а импульсы с выхода формирователя автоцмркуляции 3 запускают первый геператор задержки 8 раньше, чем выходные имнульсы второго формирователя коротких импульсов 1. Последние не оказывают влияния на первый генератор задержки 8, так как поступают на его вход до окончания импульса задержки. Последовательиость импульсов на выходе схемы ИЛИ 12 имеет ту же частоту следования, что и поеледовательноеть импульсов автоциркуляции, но сдвинута во времени на интервал, равный разноети длительности импульса задержкг периода автоциркуляции. 13 случае срыва автоциркуляции очередной импульс па выходах формирователя пмпхльсов автоциркуляции 3 и генератора импульсов запрета 4 отсутствует и первый генератор задержк.и 8 запускается вторым формирователем коротких импхмьсов 11. РЬлпульеы с выхода схемы ИЛИ 12, следующие со средним г ериодом, удвоенная величина которого равпа длительностей имп льсов задержки, формируемых первым и вторым генераторами задержки 8 и 10, через схему запрета 5 поступает на формирователь импульсов возбуждепия излучателя 6 до тех пор, пока автоциркуляция не восстановится. Выход формирователя импульсов возб}ждения излучателя б, на котором присутствуют или импульсы автоциркуляции, или вспомогательные импульсы, поступающие со схемы запрета 5, являются выходом синхрокольца. Так как при наличии срывов автоциркуляции часть импульсов автоциркуляции заменяется вспомогательными импульеами, то выход :ая частота еинхрокольца / при этом изменяется. Она может быть представлена формулой:- г J

Где Т - период следования импульсов автоциркуляции;

Го - время измерения скорости потока;

п - количество вспомогательных импульсов, появившихся на выходе схемы запрета за время Го/

Гц - период следования вспомогательных импульсов.

Если Гв известно, то, измерив число п, можно определить общее время, затраченное на восстановление автоциркуляции, равное п-1 и составляющее часть интервала времени То, и вычислить поправки, необходимые для получения точного результата измерения скорости потока. Для этого вспомогательные импульсы с выхода схемы запрета 5 могут быть поданы на счетчик импульсов 13. В регистрирующем блоке 14 записывается количество вспомогательных импульсов за время каждого измерения скорости потока.

В случае двухканального устройства, включающего два синхрокольца, в одном из которых ультразвук распространяется в направлении, совпадающем с направлением измеряемой компоненты скорости потока,во втором- в противоположном направлении, разность частот синхроколец может быть представлена формулой:

I /

«0 + («2

п.)

где /ь /2-выходные частоты соответственно

первого и второго канала; Т,Т-2 - периоды следования импульсов автоциркуляции в первом и втором канале;

Го-время измерения скорости потока;

«2 - количества вспомогательных импульсов в первом и втором канале соответственно; ГЕ - период следования вспомогательных импульсов, принятый одинаковым в двух каналах.

Второе слагаемое последней формулы представляет собой погрещность измерения, возникщую вследствие того, что в течение части времени Го имели место срывы автоциркуляции и замена импульсов автоциркуляции вспомогательными импульсами. Подставив в формулу конкретные числа, нетрудно убедиться, что в двухканальной системе рещающее влияние на погрешность измерения оказывает абсолютная величина разности пч-«i, причем допустимо, чтобы tti и «2 в обоих каналах составляли значительную часть всех импульсов за время измерения.

Возможен вариант двухканального устройства, в которых измерительный блок 13 и регистрирующий блок 14, имеющиеся в обоих

каналах, выполнены в виде схемы определения разности количеств вспомогательных импульсов и устройства индикации, показывающее, например, факт превышения допустимого значения «2-«i. то есть значения, ири котором погрещность измерения скорости потока не превышает заданной величины. Следует отметить, что срывы автоциркуляции в каналах устройства обычно независимы и носят

случайный характер, поэтому с.ема, определяющая разность количеств вспомогательных импульсов, должна быть относительно сложным устройством, применение которого не всегда может быть оправдано.

Таким образом, предлагаемая схема устройства для измерения скорости потока обеспечивает автоматическое и максимально быстрое восстановление работоспособности устройства при срывах автоциркуляции, вызванных неоднородностями контролируемой среды, и одновременно производит точное измерение времени, затраченного на это восстановление в каждом канале. Это позволяет получать достоверные результаты в условиях, в которых

измерение с помощью простого синхрокольца невозможно, а устройства, основанные на других yvibTpa3ByKOBbix методах, фазовом, не дают возможности обнаружить и оценить погрещность измерения, возникающую из-за

прерывающих ультразвуковой луч неоднородностей среды.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока, включающий ио крайней мере одно синхрокольцо, состоящее из излучателя ультразвука, соединенного с формирователем импульсов возбуждения излучателя, и приемника ультразвука, последовательно соединенного с усилителем и фор.мирователе.м импульсов автоциркуляции, измерительный и регистрирующий блоки, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,

с целью повышения помехоустойч;1вости, в каждое синхрокольцо введены генератор импульсов запрета, схема запрета, два генератора задержки, два формирователя коротких импульсов и схема ИЛИ, причем вы.ход формирователя импульсов автоциркуляции соединен со входами генератора 1лП1ульсов запрета и первого генератора задержки, вы.ход генератора импульсов запрета соединен со входами схемы запрета и фор.мирователя импульсов возбуждения излучателя, выход иервого генератора за.1ержки через первый формирователь коротких импульсов соединен со входами схемы ИЛИ и второго генератора задержки, выход второго генератора задержки соединен через второй формирователь коротких импульсов со входами первого генератора задержки и схемы ИЛИ, а выход схемы ИЛИ через схему запрета соединен со входом формирователя импульсов возбуждения излучателя.

Источники информации, принятые по внимание при экспертизе:

1. Авт. св. ЛЬ 309244, G 01Р 5/05, 09.07.71.

2.AIBT. св. 134920, G 01Р 5/10, 21.11.69.

3.Патент США N° 2669121, 73-194, 16.02.54 (прототип).

-

L-) ,0

k:..