Импульсный одноканальный ультразвуковой расходометр Советский патент 1978 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к акустическим измерениям, предназначено для измерения расхода или скорости потока жидких и газообразных сред и может быть использовано в химической, сельскохозяйственной,; пищевой, гидрометаллургйческой н других отраслях промышленности. Известны импульсные одноканальаые ульт развуковые расходомеры, содержащие генератор импульсов, акустический преобразователь с двумя пьезоэлементами, два идентичных приемных тракта с развязывающими эле ментами, широкополосными усилителями, вре менными селекторами, формирователями ко ротких импульсов, преобразователь временных интервалов 1,2 . Однако они имеют невысокую точность измерений. Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь временных инте валов, генератор импульсов, акустический преобразователь с двумя пьезоэлементами, включенными каждый в один из идентичных приемных трактов, содержащих последовател но соединенные развязывающий элемент, один из входов которого соединен с выходом генератора импульсов, широкополосный усилитель, временной селектор и формирователь коротких импульсов 3J . Недостатком известного устройства является наличие систематических погрешностей за счет преобразователя временных интервалов, например, нелинейности нечетной работы при преобразовании малых временных интервалов, соответствующих малым скоростям потока и невысокая точность измерений. Цель изобретения - устранение систематических погрешностей преобразователя временных интервалов и повышения точности кз мерений. Указанная цель достигается тем, что расходомер снабжен включенным в один из приемных трактов элементом задержки и преобразователем напряжение-частота с выходом, соединенным со входом генератора импульсов, к одному из вь1ХодоБ которого подключен частотомер, а к другому - задерживающее устройство, своими выходами через селекторы и формирователи двух приемных

трактов соединенное со входами формнрова- теЛя интервальных импульсов, выход которого прд14лючен через преобразователь временных интервалов и введенный в устройство интегрирующий каскад к входу преобразователя- напряжение - частота.

На фиг. 1 приведена структурная, cxetjia предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграмма сигналов Б различных узлах схемы устройства.

Импульсный одноканаяьный ультразвуковой расходомер содержит акустический преобразователь 1 с приемо-передаюшими пьезоэлементами 2 и 3, к которым через развязываюшие элементы 4 и 5 подключен ждущий генератор 6 импульсов. Каждый из приемных трактов содержит последовательно включенные развязьюаюшие элементы 4 и 5 широкополосные ус}шнтели 7 и 8, временные селекторы 9 и 10, формирователи 11 и 12 коротких импульсов, связаЕ1ными с двумя разными входами быстродействующего формирователя.. 13 интервальных импульсов, который своим выходом связан со входом нсду,Вдегэ генератора 6 импульсов через после- довательно включенные преобразователь 14 временных интервалов в напряжение, интегрирующий каскад 15, преобразователь 16 напряжение-частота.Один из выходов ждушего генератора 6 подключен к частотомеру 17 и через задерживающее устройство 18к дополнительным входам временных селекторов 9 и 10, причем в один из трактов включен элемент 19 задержки.

Устройствэ работает следующим образом, Ждущий генератор 6 импульсов запускается сигналом с выхода преобразователя 16 напряжение-частота и вырабатывает короткие запускающие импульсы (см. фиг. 2а), кторые через развязывающие элементы 4 и 5 возбуждают приемо-передающие пьезопреобразователи 2 и 3. Период возбунадення пьезопреобразователей для разных режимов работы устройства в два -три раза больще времени действия реверберационноб помехи, что обеспечивает помехоустойчивость работы устройства.

Акустический сиг-нал проходит в разных направлениях контролируемую среду, имеющую опреде/генную скорость потока; затем преобразуется каждым из пьезоэлементов 2 и 3 в электрические сигналы (см. фиг. 2 б, в ), которые через соответствук шие развязывающие элементы 4 и 5 подаются на входы широкополосных усилителей 7 и 8.

Сигнал против потока среды аоаопнктепьно задерживается высокхгтабидьаым элементом 19 задержки 2 3 мкс, что необходимо для обеспечения исходного режима работы устройства при нулевом потоке среды

С выхода -широкополосных усилителей 7 и 8 сигналы подаются на формирователи 11 и 12 коротких импульсов через временные селекторы 9 и 10, которые запускаются от ждущего генератора 6 импульсов через задерживающее устройство 18 и назначением которых является зашита схемы измерений от действия реверберационных и электромагнитных сигналов, что обеспечивает помехозащищенность устройства в делом.

С формирователей 11 и 12 короткие импульсы поступают на быстродействующий формирователь 13 интервальных импульсов, который вырабатывает нормированный по амплитуде импульс с длительностью tT,

н равной

г..-г +tr,

(1)

-величина временной задержки

где сигнала элементом 19 задержки;

/

tr

-разность времени распространения ультразвуковых сигналов против поток среды и по ее потоку.

Интервальные импульсы с быстродействующего формирователя 13 подаются на преобразователь 14 временных интервалов в напряжение, который на своем Щз1ходе обеспечивает напряжение ILo (см, фиг. 2), одновременно пропорциональное длительности С и частоте F повторения импульсов, т.е.

С2)

UO-K

где К - коэффициент пропорциональности. Величина данного напряжения через интегрирующий каскад 15 управляет преобразоватедем 16 напряжения в частоту, который, в свою очередь, запускает ждущий генератор 6 импульсов.

При изменении, например увеличении, скрости потока среды увеличива ;тся длительность интервального импульса Г. , который вызывает увеличение напряжения UQ на выходе преобразователя 14. Незначитель.ному увеличению Ug соответстйует значительное уменьшение частоты F преобразователя 15 напряжение-частота. Уменьшение частоты Р зондирующих импульсов, в свою очередь, вызывает по цепи обратной связи уменьшение UQ .

Таким образом, в устройстве для измерений скорости потока устанавливается четкое равновесие, критерием которого является. и„- -constИсходя из этого н на основании выражения (2), длительность интервального импулься в,предложенном устройстве обратно пропорциональна частоте повторения импульсов.

Таким образом, преобразователь 14 вре- менных инт.ервалов в напряжение работает строго, определенное время за любые достаточно большие, но равные промежутки времени при разных скоростях потока ., и напряжение на его выходе является постоянкой величиной. Этим устраняются систематические погрешности преобразователя временного интервала, например нелинейность, увеличивается четкость работы за счет того, что нагрузочная способность прв образователя остается постоянной,- Точность измерений повышается также за счет того, что с одной стороны информация о скорости потока представляется в частном виде, а с другой стороны длительная нестабильность работы преобразователя-16, не имеет никакого значения, так как устройство-автоматически -регулируется по цепи обратной связи.

Формула изобретения

Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь временных интервалов, генератор икшусов, акустический преобразователь с двумя пьезоэлементами, включёнными каждый в один из идентичных приемных трактов, содержащих последовательно соединенные развязывающий элемент, один из входов которого соединен с выходом генератора импульсов, широкополосный усилитель,временной селектор и формирователь коротких импульс отличающийся тем, что, с целью устранения систематических погрешностей преобразователя временных интервалов и повышения точности измерений, он снабжен включенным в один из приемных трактов элементом задержки и преобразователем напряжение-частота с выходом, соединенным со входом генератора импульсов, к одному из выходов которого подключен частотомер, а к другому - задерживающее устройство, своими выходами через селекторы и формирователи двух приемных трактов соединенное со входами формирователя интервальных импульсов, выход которого подключен через преобразователь временных интервалов и введенный в устройство интегрнруютций каскад к входу преобразователя напряжение-частота.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № ЗЗО346, Q 01 Т 1/66, 1970.

2.Патент США № 355899, С- О1 р 5/О 1974.

3.Авторское свидетельство № 21О4О4, Q 01 F 1/66, 1965.

иип а,

41 )

4w,

6)

%. S)

IJQ )

-

-Ь-.

Ал

Д