Одноканальный ультразвуковой расходомер Советский патент 1979 года по МПК G01F1/66 

1

Изобретение относится к области ультразвуковых измерений и может найти применение для измерения расхода жидкостей и газов в различных отраслях промышленности.

Известны одноканальные ультразвуковые расходомеры, включающие два электроакустических преобразователя,. генератор, коммутатор и регистрирующее устройство, работающие по фазовому методу с попеременной коммутацией {. Такие устройства наряду со сложностью не обеспечивают достаточной точности.измерений при быстрых изменениях скорости потока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два электроакустических преобразователя , два модулятора, выходы которых подключены к соответствующим электроакустическим преобразователям, два селекторных усилителя, входы которых подключены к выходам модуляторов, фазовый детектор, входы которого подключены к выходам селекторных усилителей, коммутатор, один из выходов ко.торого подключен к управляющим входам модуляторов, д второй выход - куправляющим входам селекторных усилителей, и генератор, выход которого подключен к модуляторам 2. Раэт ность фаз между принятыми сигналами

в данном устройстве прямо пропорциональна расходу и измеряется Фазовым детектором.

Недостатками известного устройства являются значительная погрешность

измерений и малый динамический диапазон измерений расхода, вследствие нелинейности -статической характеристики фазового детектора, обусловленной нелинейными искажениями сигналов в

модуляторах, усилителях и преобразователях.

Целью изобретения является повыше.ние точности и увеличение динамического диапазона измерения расхода.

Это достигается тем, что в предла гаемое устройство введены последовательно соединенные блок перестройки частоты, управляемый генератор и фазометр, при этом второй вход фазомет ра подключен к выходу генератора, вы ход фазового детектора подключен к входу блока перестройки частоты, .а выход управляемого генератора подкпк чей к входу второго модулятора. 36 На чертеже изображена функциональ ная схема предлагаемого ультразвукового расходомера. Устройство содержи модуляторы 1, 2 электроакустические преобразователи 3, 4, селекторные усилители 5,6, фазовый детектор 7, блок 8 перестройки частоты, управляв мый генератор 9, фазометр 10, генератор 11, коммутатор 12. Выходы модуляторов 1 и 2 соединены с соответствующими электроакустическими преобразователями 3 и 4 и с входом селекторных усилителей 5 и 6. Выходы селекторных усилителей 5 и 6 подключены к фазовому детектору 7. Фазовый детектор 7, блок 8 перестрой ки частоты, управляемый генератор 9, фазометр 10 соединены последовательно. Генератор 11 подключен к модулятору 1 и к фазометру 10. Первый выход коммутатора 12 соединен с управляющими входами модуляторов 1, 2, а второй выход - с управляющими входами селекторных усилителей 5, 6. Моду лятор 2 соединен с выходом управляемого генератора 9. Устройство работает следующим образом. Непрерывные высокочастотные сигналы генератора 11 и управляемого генератора 9 преобразуются модуляторами 1, 2 в пачки импульсов. Длитель ность и период следования этих пачек постоянны и определяются собственными параметрами коммутатора 12, сигна лы которого подаются на модуляторы 1, 2. Пачки импульсов поступают на электроакустические преобразователи 3, 4 и одновременно излучаются в исследуемую среду по потоку и против потока. В момент излучения селекторные усилители 5, 6 закрыты выходным напряжением коммутатора 12. Ультразвуковые сигналы, проходя через поток, сдвиггиотся по Фазе друг относительно друга на величину, пропорциональную расходу. Принятые пачки импульсов преобразуются электроакустическими преобразователями 3, 4 в электрические импульсы, усиливаемые селекторными усилителями 5, 6, которые открываются на время приема напряжением коммутатора 12, и поступают на фазовый детектор 7. Выходное напряжение Фазового детектора 7 подается на блок 8 перестройки частоты, который изменяет частоту управляемого генератора 9 до тех пор, пока не скомпенсируется раз ность фаз сигналов на входах фазового детектора 7. в момент компенсации его выходное напряжение равно При этом разность фаз между гармоническими напряжениями генератора 11 и управляемого генератора 9, измеряемая фазометром 10, соответствует фазовому сдвигу ультразвуковых сигналов в потоке/ т.е. выходное напряжение фазометра 10 прямо пропорционально измеряемому расходу. Точность предлагаемого устройства повышается вследствие того, что фабовый детектор 7 работает вблизи нулевой точки своей рабочей характеристики, поэтому нелинейность его статической характеристики не снижает точность измерения расходов. Кроме того, на входы фазометра 10 поступают гармонические сигналы непосредственно от генераторов 9 и И, минуя модуляторы 1, 2, электроакустические преобразователи 3,4, селекторные усилители 5, б. Поэтому линейность статической характеристики фазометра 10 значительно выше, чем у фазового детектора прототипа. Наличие непрерывных полезных сигналов на выходах генераторов 9 и 11 позволяет использовать в качестве фазометра 10 выпускаемые отечественной промышленностью цифровые измерители разности фаз, диапазон измерения которых превышает диапазон измерения фазовых детекторов, что увеличивает верхнюю границу измеряемых расходов. Формула изобретения Одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два электроакустических преобразователя, два модулятора, выходу которых подключены к соответствующим электроакустическим преобразователям, два селекторных усилителя, входы которых подключены к выходам модуляторов. Фазовый детектор, входы которого подключены к выходам селекторных усилителей, коммутатор, один из выходов которого подключен к управляющим входам модуляторов, а второй выход - к управляющим входам селекторных усилителей, и генератор, выход которого подключен к входу одного из модуляторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения динамического диапазона измерений/ в него введены последовательно соединенные блок перестройки частоты/ управляекый генератор и фазометр при этом второй вход фазометра подключен к выходу генератора, выход фазового детектора подключен к входу блока перестройки частоты, а выход управляемого генератора подключен к входу второго модулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1..Бражников И.И. Ультразвуковая фазометрия, М., Энергия , 1968, с. 236. 2. Авторское свидетельство СССР 211813, кл. G 01 F 1/00, 1968 (прототип).