Ультразвуковой расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/66 

t . Изобретение относится к иэмери:тельной технике и может быть испоЛ эовано для определения расхода в .нефтепереработывающей, нефтехими ческой, химической и других отраслях-, промышленности .;

Известен ультразвуковой расхог домер 1 содержащий одноканальный акустический преобразователь и схему измерения, включающую усилители, генератор, два одновибратора, умножитель частоты, расширитель интервалов времени и цифровой измеритель расширенных интервалов времени.

Недостатки известного расходомера обусловлены тей, что воэбуждеййе колебаний в синхрокольцах обеспечивается за счет флуктуации напрязхёния питания или приема случайных акустических сигналов, вследствие чего срывы колебаний из-за внешних воздействий могут привести к остановке процесса измерения. В результате снижает;ся поме соустойчивость работы измерителя.

Наиболее близким по техничесл«. сущности является ультразвуковой расходомер 2, содерж&щий одно- . канальный акустический преобразователь, два пьезоэлемента которого соединены d выходами двух соответствующих генераторов зондирующих импуль сов и входами двух соответствующих

клзочей, выходы ключей через схему ИЛИ подключены к входу усилителяфЬрмирователяj выход которого через вторую схему .ИЛИ подключен к входу схемы управлений, сигнальный выход

О которой соединен с входами двух схем И,.а два управляющих выхода кочорой соединены соответственно с другими входами двух схец И и управляющими входами двух ключей, выходы двух схем И подключены к входам

соответствующих генераторов зондирующих импульсов и через схему выделения разностной частоты - к частотомеру. 20 в этом расходомере таюхе низка помехоустойчивость работы из-за случайных срывов автоколебаний в синхрокольцах.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости работы расходомера .

Поставленная цель достигается тем, что расходомер снабжен схемой автоматического запуска, содержащий

30 интегратор, два инвертора, автогенератор, три схемы ИЛИ-НЕ, три триггера, три схемы И-НЕ, пять формирователей .импульсШ, сйгйалйзатЬр сбоя и одновибратор, причем .выход интегратора чере-з; первый инвертор подключен к управляющему входу авто-, генератора и через первую схему ИЛИ-НЕ - к входу установки единицы . первоготриггера, -прямой выход которого соединен с входом первой схемы И-НЕ, другой вход которой под-.

ключей к выходу автогенератора, вход установки нуля первого триггера подключен к выходу второй схе- мы ИЛИ-НЕ, один вход которой соеди- . . выходом первого формирователя импульсов7 а другой вход - с выходом второй, схемы Иг-НЕ, укоторой, бдин вход соединен с заходомпервой схемы И-НЕ и входом первбго- . формирователя импУЛьсов/ а дpSгoй .

вход подключен к выходу третьей .

схемы ИЛИ-НЕ, ВХОДЫ которой соеди- .

. нЬны с выходами fifoporo и третьего -формирователей импульсов, включенкых навыходах второго трйзггё а Г

.. входы триггера соединены с. входами соответствующих .генераторов зондйрую щих Импульсов, выход первой схемы И-НЕ через второй инвертор и четвертый формирователь импульсов, а также через первыйформирователь импульсов подключен к двум входам вто-.

рой схемы ИЛИ и нёпосредственно к входу сигнализатора.сбоя, выход автогенератора соединен с вхйдом одновибратора, которого пвдключен к входу третьей схемы И-НЕ и; через третий инвертор, пятый формирователь импульсов, третий триггер подключен кдругому входу третьей схемы ИЛИ-НЕ, вход установки нуля третьего триггера соединен с входом установки нуля первого триггера, а выход третьей схемы И-НЕ. соединен . . с вторым входом первой схемы ИЛИ-НЕ..

На фиг. 1 предстайлена б.лрк-схе- , ма ультра3вукового расходомера; на

фйг. 2 - эпюры напряжения на отдель ных узЛах схемы. Ультразвуковой расходомер содержит одноканал1 иый .акустй-ческий преобразователь 1, два пьезозлемёнта 1,1 и 1.2 KOtSpbTip соединены с выходами двух .етствую. цих-генераторов зондирующих импульсов 21.1 и 2.2 и входами двух соответствующих ключей 3.1 и 3.2, выходы которых через схемы ИЛИ 4.1 и 4.2.и усилитель-формирователь 5 подключены к входу схемы управления 6, сигнальный вйход которой соединен с входами двух схем И 7.1 и 7.2, а два управляющих выхода которой соединенысоот. - ветственно с дру;-ими .входами двух

схем И 7.1 и 7.2 и управляющими . ..входами двух ключей 3.1 и 3.2, вы-.- ходы двух схем И 7-. 1 и 7.2 подКлю к входам соответствующих гёне раторов зондйрумщих импульсов 2.1 ii

2.2 и через схему выделения разностг ной частоты 8 - к частотомеру 9, а также схему автоматического запуска, содержащую интегратор 10, выход которого через первый инвертор 11.1 подключен к управляющему входу авто-г генератора 12 и через первую схему ИЛИ-НЕ 13 - к входу установки .единицы первого триггера 14, прямой выход которого соединен с входом

первой схемы И-НЕ.15, другой вход котОрой подключен к выходу автргенератОра 12;вход установки нуля первого

триггера 14 подключен к выходу второй схеььа ИЛИ-НЕ 16,. один вход которой

соединен с выходом первого формирователя импульсов 17, а другой вход с выходом второй схемы И-НЕ 18, у которой ОДИН вход соединен с выходом первой схемь И-НЕ 15 и входом перво-. гО формирова теля 17, а другой вход

подключен к выходу третьей схемы ИЛИ-НЕ 19, входы которой соединены с выходами второго 20 и третьего 21 формирователя импульсов, включенных на выходах второго триггера .22,

входы триггера соединены с входами сортветствующих генераторов зондирующих импульсов 2.1 и 2,2, выход первой схемы И-ЦЕ 15 через второй инвертор 11.2 и четвертый формирователь импульсов 23, а такясе через первый формирователь импульсбв 17 подключен к двум. входам первой схемы ИЛИ 4,2 и непос-. редствённо - к входу сигнализатору сбоя 24, выход автогенератора 12 соединен с входом одновибратора 25, выход которого подключен к входу , третьей схемы Й-НЕ 26 и через третий инвертор 11.3, пятый формирователь импульсов 27, третий триггер 28 подключен к другому входу третьей

схемы И-НЕ 26, вход установки нуля Третьего триггера 28 соединен с входом установки нуля первого триггера. 14 ,аЪыходтретьей схемы И-НЕ 26 соединен с вторым входом йервой

схемы ИЛИ-НЕ 13..

На фиг. 2 представлены эпюры напряжений на выходах еледукяцих уэ- лов схемы: I - интегрирующей цепи 10 при включении расходомера П

автогенератора 12, Ж -схемы или-НЕ 4. 2 при запуске, И -триггера 14 j V- схемы И-НЕ 15, и - формирователь 17, ЧН - схе№1 ИЛИ-НЕ 16,Vji - одновибратора 25, lit- триггера 28, X - схе.мы И-НЕ 26.

РасхоДОМер работает следующим образом.

С момента подачи питания на схему конденсатор интегрирующей цепи 10 начинает заряжаться до пороговогО значения отпирания твердотельных логических.схем. При этом через первую схему ИЛИ-НЕ 13 на входе установки..1 V триггера 14 в течении времени заряда конденсатора

будет дей ствовать логический О устанавливающий. на прямом выходе триггера 14 и соответственно на входе схемы И-НЕ 15. .; После отпирания инвертора 11.1 автогенератор 12 начинает работать ,выдавая отрицательные импульсы с длительностью, меньшей ожидаемого значения времени прохождения сигнала по акустическому тракту (периода синхрокольца) и периодом, ме шим Полутора - двух периодов синхрокольца (см. фиг. 2, эпюра 2) . На входе установки i триггера 14 после окончания заряда конденсатора будет иметься , не изменяй щая состояние .триггера. Импульс автогенератора 12 в положительной полярности подается на второй вход схемы И-НЕ 15 и, поскольку на перво входе схемы имеется с выхода И-НЕ 15, в отрицательной полярно ст этот импульс подается на формирова тель импульсов 17, а после инверто ра 11.2 - на формирователь импульсов 23. Сформированные из передне1г и заднего фронтов короткие импул ьсы через схему ИЛИ 4.2, устройство управления б, схемы И 7.1 или 7.2 подаются на запуск генераторов зон дирующих импульсов 2.1 или 2.2 соо ветственно, в зависимости от того, по какому синхрокольцу разрешена в данный момент работа от устройст ва управления б. Импульс с генератора 2.1 или 2.2 возбуждает COOT-. ветствующий пьезоэлемент 1.1 или 1.2 ив измеряемую среду излучае.тся акутический сигнал. Спустя некоторое малое время после прохоядения первого импульса запуска устрой ство управления б переключает padходомер на работу по второму син хрокольцу и импульс запуска, сформированный из заднего фронта импуль са автогенератора 12, запускает другой генератор зондир5 щих импуль сов, импульс с которого возбужда- ет второй пьезоэлемент, и в измеряемую среду излучается встречный акустический сигнал.: Устройство управления 6 снова переключает расходомер на работу по первому синхрокольцу. Второй импульс запуска после, формировате ля 17 подается на вход второй схемы ИЛИ-НЕ 16 и далее на вход установки нуля первого и второго триггеров 14 и 28 соответственно. Триггер 14 переключается, на входе схемы И-НЕ 15 устанавливается 0, запрещакяций прохождение импульсов с генератора 12.:, Весь промежуток времениот пер-; вого до второго импульсов запуска триггера на входе установки 14 имеется , что обеспечивает; вторая схемы И-НЕ 18, на одном .входе которой в это время имеется нулевой потенциал с выхода схемы И-НЕ 15. Это предотвращает ложное опрокидывание триггера 14 по входу установки нуля сразу после посылки первого зондирукяцего импульса, когда в результате пролезания зондирующего сигнала через закрытый ключ на вход усилителя-формировател.я 5 с последнего снимается импульс, проходящий затем на второй вход схемы И-НЕ 18. При наличии разрешения работы по первому синхрокольцу ключ 3.1 к моменту приема акустического сигнала с пьезоэлемента 1.2 открыт,и с выхода его через схему ИЛИ-НЕ 4.1 на усилитель-формирователь 5 поступает радиосигнал, который усиливается, формируется и передним фронтом импульса формирователя через схему ИЛИ 4.2, устройство управления 6, схему И 7.1 вновь запускает генератор зондируквдйх импульсоб 2.1, возбуждакнций переданяций пьезоэлемент 1.1. После этого устройство управления б вновь переключает расходомер на работу уйсе по второму синхрокольцу, для которого пьезоэлемент 1.2 является передакядим, а пьезоэлемент 1.1 - приемным. ОдноврёМёйноГс йбейлкой нрврг о 36Wдирующего импульса импульс с входа генератора 2.1 (2.2) через триггер 22, формирователи .20, 21, схему ЙЛИ-НЕ 19 подается на вход схемы И-НЁ 18 и далее через схему ИЛИ-НЕ 16 на вход установки триггера 14, подтверждая О на входе И-НЕ 15. Следуккдие импульсы после усилителя формирователя 5 также подтверждают на йходе И-НЕ 15. Таким образом, в обоих синхрокольцах устанавливается автоциркуляция импульсов. При наличии расхода контролируемой среды через пр еобразователь 1 частоты синхроколец отличны друг от друга. Исключение методов совпадения импульсов встречных синхроколёц обеспечивается устройством управления б, Одновибратор 25, запускаемый отццательнйм перепадом каждого импульса генератора 12, формирует отриательный импульс длительностью, ольшей, чем период синхрокольца, но меньшей, чем период автогенератоа 12 (см. 8, фиг. 2), который одается на вход третьей схемы И-НЕ 26. Коротким импульсом на входе установки единицы третьего триггера 28, формируемым из переднего фронта каждого Импульса одновибратора 25 с помощью пятого формирователя импульсов 27, инвертора 11.3, триггера 28 установливается в на прямом выходе, соединенном С вторым.входом схемы И-НЕ 26. ервый импульс, проходящий после Этого на вход установки риггера 28, вновь опрокидывает н.а прямом выходе риггер в

- (эпюра 9, фйг. 2), Перекрытия во времени положительных перепадов напряжений на йходах И-НЕ 26 в течгёмие всего, времени нормальной работы расходомера в результате, очевидно, не произойдет (см. эпюру 10, фиг. 2) . . УльтразвукбвЬйрасходойёр, работающий по .ОДНОМУ акустическому каналу одновременно по двум синхрокОльцам, останавливается при срыве колебаний в любом из них. При этом импульсы с выхода усилителя.формирователя 5 больше не поступают и триггер 28 очерёдньйл кбрОткйм импульсом с бдновиёратора 25 уст анав.лйвается в j на прямом выходе, и на выходе . схемы i Иг-НЕ 26 появися импульс, через схему ЙЛИ-НЕ 13 устанавливающий триггер 14 в Ч«на прямомвйхоДе, когда снова Шй|)еlaaefcflпрохождение импульса с генератора 12через схему И-НЕ 15 на формирование двух импульсов запуска синхроколец. В дальнейшем процессы в cxejvie происходят аналогично. Повторный запуск синхроколец рас годомёра будет автоматически сигналов по акг сгйчеркому тракту преоб разЬватё ля 1,, йослё чего схема автоматического запуска ё новь отключа ётся от расходомера. Таким образом, расходрмер автоматически запускается при включении и при любомнарушении нормальных условий прохождения сигналаПо акус тичёскому и электронному трактам, встречных синхроколец, чем обеспечиеаётсгй нёЩ1ёжйЬс ь фуйШйонйроНания расхбДомера, . .

Формула изобретени.я

. УльтразвуковоЙ расходомер, содержащий однокайальный акустическ.йй прёобразователь, два пье;эоэ31еМентаKOTOpord соединены с iSkoffaми двух соответствующих генераторо ЗОНДИ15УЮЩИХ импульсов и входами дв соо.тветствующих ключей, выхбды кл.ючей через схему ИЛИ поййййЙёШ к входу усилителя-формировйтеля, ВЫХОД которого через вторую схему ИЛИ к. входу сйеШ правлёний, сигнальный выход которой соединен с входами двух схемЯ, а двауправляющих выхода которой соединены соответственно с другими входами двух схем И иуправляющими входами двух ключей, выходы двух схем И подключены к входам

717543

соответствующих .генераторов зондирьпощих импуль сови через схему выделения раз.ностной частоты - к частотомеру, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, расходомер снабжен схемой автоматического запуска, содержащей интегратор, два инвертора, автогенератор, три схемы ИЛИ-НЕ три триггера, три схемы И-HS, пять фОЕмирователёй импульсов, сигнализатор сбоя и одновибратор, причем выход интегратора через первый инвертор подключен к управляющему входу автогенератора и через первую схему ИЛИ-НЕ к входу установки единицы певого триггера, прямой выход которог соединен: с входом первой схемы И-НЕ другой вход которой подключен к выходу автогенератора, вход установки нуля первого триггера подключен к выходу второй схемы ИЛИ-НЕ, один вход которой соединен с выходом первого формирователя импульсов., а другой вход - с выходом второй схемы И-НЕ( у которой один вход соединен с выходом первой, схемы И-НЕ и входом первого формирователя импульсов, а другой вход подключен . к выходу третьей схемы ИЛИ-НЕ, входы которой соединены с выходами второго и третьего формирователей импульсов, включенных на выходах второго триггера, входы триггера соединены с входами соответствую-, щих reHepiaTopoB зондирующих импульсов, выход первой схемы И-НЕ через второй , инвертор и четвертый формирователь Импульсов, а также через первый формирователь импульсов подключён к двум входам второй схемы ИЛИ и непосредственно - к входу сигнализато Ьа сбоя, выход автогенератора соединен с входом однрвиб1эатора, выход которого подключен к входу третьей схемы И-НЕ и черезтретий инвертор, пятый формирователь импульсов, третий триггер подключён к другому входу треть схемы И-НЕ, вход установки нуля третьего триггера соединенс входом установки нуля первого триггера а выход треть ей схемы й-НЕ соединен со вторым входом .первой схемы ИЛИ-Н

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР ,W 395724, кл, G 01 F 1/66, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 479000, кл. G 01 F 1/66, 1972 (прототип)./ ..

&s

.CI JIUILJI

„Jlti JiiTt)

I

UL

ILJ