Двухканальный ультразвуковой расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/66 

1

изобретение относится к области измерения расхода жидкости с помсядькх ультразвука.

Известны двухканальные частотноимпульсные ультразвуковые расходомеры, содержащие передагацие пъезопреобразователи, приемные преобразователи, подключенные к усилителям приемных сигналов, генераторы ультразвуковых колебаний и блок измерения разностной частоты 1.

Недостатком таких устройств является большая погрешность измерений.

Наиболее близкое к изобретению техническое решение - двухканальный ультразвуковой расходомер, содержащий блок запуска, выполненный в виде последовательно соединенных логического узла и генератора запуска,блок измерения разностной частоты, а в каждом канале - последовательно соединенные генератор ультразвуковых колебаний и излучающий пъезопреобразователь, приемный пъезопреобразователь и усилитель сигналов 2.

К недостаткам этого устройства относятся невысокие точность измерений и функциональная надежность,обус-; ловленные погрешностями электронных схем и акустических трактов, а также

особенностями функционирования блока измерения разности близких частот синхроколец и блока запуска расходомера .

5 Цель изобретения - повышение точности измерений и функциональной надежности.

Поставленная цель достигается . тем, что в предлагаемый расходомер

10 введены интеграторы, триггеры, линии задержки, одновибраторы, инверторы и логические элементы И, ИЛИ. При этом к одному из входов логическогб узла блока запуска подсоединен выход первого интегратора, вход которого подключен к шине питания, ко второму и третьему входам логическо- го узла блока запуска подсоединены инверсные выходы первого и второго

20 триггера, прямые выходы которых .шочены к первым входам первого и . второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора запуска. Выходы указанных эйе25 ментов И подсоединены к первым .входам первого и второго элементов И.ЛИ, выходы которых подк.пючены ко входам генераторов ультразвуковых колебаний соответствующих каналов расходомера. Вторые входы элементов ИЛИ

подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, к четвертому и пятому входам логического узла блока запуска, к выходам третьего и четвертого элементов И соответственно первого и второго каналов расходомера и первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы крторых через первый одновибратор подсоединены к выходу третьего элемента ИЛИ. Выходы пятого и шестого элементов И подключены соответственно через второй и третий одновибраторы к третьим входам пятого и шестого элементов И, к первому и второму входам четвертого элемента ИЛИ,выход которого соединен со входом блока измерения разностной частоты. Входь1 первого и второго триггеров ссютветственно через второй и третий инте:граторы подключены к первым входа.5 третьего и четвертого элементов И первого и второго каналов, вторые входы которых подсоединены ко входу блокиров.ки усилителя соответствукяцего канала и через линию задержки и четвертый одновибратор, другую линию задержки и пятый одновибратор соответственно - к выходам этих усилителей. Между вьйходом четвертого одновибратора и первым входом третьего элемента И, выходом пятого одновибраторэ. и первым входом четвертого элемента И включены соответственно первый ri второй инверторы.

На чертеже представлена структурная схемапредлагаемого двухканального ультразвукового-расходомера.

Расходомер содержит блок запуска, состоящий из последовательно соединенных Логического узла 1 и генератора 2 запуска, подключенных к шине 3 питания через первый интегратор 4, блок 5 измерения разностной чс1Стоты. Каналы расходомера включают в себя генераторы 6 и 7 ультразвуковых колебаний, излучающие пъезопреобразoвaтe и 8 и 9,приемные пьезопреобразователй 10 и 11,усилители 12 и 13 сигналов. Устройство содержит также первый 14 и второй 15 триггеры,первый 16 и второй 17 элементы И,второй 18 и третий 19 интеграторы, первый 20 и второй 21 элементы ИЛИ, устгшовленные в соответствующих каналах расходрмера и подключенные своими вьаходами ко входам генераторов б. и 7, а 22 и четвертый 23 элементы И размещены соответственно в первом и втором каналах расходомера, третий 24, четвер1тый 25 элементы ИЛИ, пятый 26, шестой 27 элементы И, первый 28, второй 29 и третий 30 одновибраторы, установленный в первом канале четвертый одновибратор 31, подключенный через первую линию 32 задержки к элементу И 22, установленный во втором канале пятый одновибратор 33,, подключенный через вторую линию 34

задержки к элементу И 23, инверторы 35 и 36.

Ко второму и третьему входам логического узла 1 подсоединены инверсные выходы триггеров 14 и 15, .прямые выходы которых подключены к первым входам элементов И 16 и 17, вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора 2 запуска. Выходы элементов И 16 и 17, подсоединены к первым входам элементов ИЛИ 20 и 21,вторые входы которых подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ 24, к четвертому и пятому входам логического узла 1 блока запуска, к выходам элементов VI 22 и 23 и к первым входам элементов И 26.и 27,вторые входы которых через одновибратор 23 подсоединены к выходу элемента ИЛИ 24. Выходы элементов И 26 и 27,подключены соответственно через одновибраторы 29 и 30 к третьим входам элементов .И 26 и 27 к первому и второму выходам элемента ИЛИ 25, выход которого соединен со входом блока 5 измерения разностной частоты. Входы триггеров 14 и 15 соответственно через интеграторы 18 и 19 подключены к первым входам элементов И 22 и 23 первого и второго каналов, вторые входы которых подключены ко входу блокировки усилителя 12 или 13 соответствующего канала и через линию

32задержки и одновибратор 31, другую линию 34Задержки и одновибратор

33соответственно к выходам этих усилителей, причем между выходом одновибратора 31 и первым входом элемента И 22, выходом, одновибратора 33 и первым входом элемента И 23 включены соответственно инверторы 35 и 36.

Работает предлагаемое устройство следугацим образом.

С момента подачи напряжения на шины питания расходомера интегратор 4 начинает заряжаться и спустя определенное время запускает генератор 2 через логический узел 1 блока запуска. К этому моменту на первых входах элементов И 16 и 17 дежурит логическая единица, подаваемая с прямых выходов триггеров 14 и 15. Импульсы запуска, формируемые генератором 2, через элементы И 16 и 17 и первые элементы ИЛИ 20 и 21 подаются на вход ждущих генераторов 6 и 7 ультразвуковых колебаний, сигнал с которых идет на возбуждение передающих пъезопреобразователей 8 и 9.

Акустический сигнал после прохождения акустического тракта соответствунядего канала возбуждает приемный пьезопреобразователь 10 и 11.Электрический сигнал затем усиливается приемным усилителем 12 или 13, после чего запускает одновибратор 31 или 33 с длительностью импульса, ненамно5 го меньшей ожидаемого значения

периода автоциркуляции импульсов в каждом из каналов. Этот импульс после линии 32 задержки или 34 подается на вход, блокировки усиления данного канала, обеспечивая временную селекцию сигнала и делая невозможньм повторный запуск одновибратора от усиленных сигналов помех, снимаемых с пъезопреобразова1елей 10 и 11.

Элементы И 22 и 23 каналов осуществляют формирование требуемой длительности импульса возбуждения генераторов б, 7 ультразвуковых колебаний с помощью линий 32 и 34 задержки и инвертор 35 и 36.

Сигнал с генераторов 6 и 7 вновь возбуждает передающий пъезопреобразователь 8, 9. В обоих каналах усиливается автоциркуляция импульсов с частотами и fj.Соответственно периоды автоцуркуляции равны

T.MJf, Д.,--Mb.

Импульсами с инверторов 35 и 36 заряжаются интеграторы 18 и 19 с постоянной времени, ненамного большей ожидаемого значения периода автоциркуляции, в результате чего триггеры 14 и 15 переключаются,запирая элементы И 16 и 17 и делая невозможным повторный запуск генератора 6 или 7 ПерепсШ напряжения с инверсного выхода триггеров 14 и 15 подается на логический узел 1.

При наличии приемного импульса с противоположного канала на этот же логический узел генератор 2 блока запуска выключается. Период собственных колебаний генератора 2 должен быть в несколько раз больше периода автоциркуляции. При отсутствии автоциркуляции (илипосле срыва ее) в одном из кансшов генератор 2 продолжает работать (вновь включается) до тех пор, пока в этом канале не возникает устойчивая автоциркуляция.

Другой канал в это время может работать. При отсутствии автоциркуляции интегратор 18 или 19 разряжен, потенциал с прямого вывода триггера 14 или 15 разрешает прохождение импульсов запуска черезэлемент И 16 или 17 и далее элемент ИЛИ 20 или 21 на генератор 6 или 7, а перепад напряжения на инверсном выходе триггера 14 или 15 через логический узел 1 включает генератор 2.

При наличии автоциркуляции в обоих каналах импульсы каждого из каналов после элементов К 22 к 23 через элемент ИЛИ 24 запускают одновибратор 28 с длительностью импульса кратной нескольким значениям

т-Чта-тЛЧ -i:).

Этот импульс одновременно подается, на входы элементов И 26 и 27,на другие входы которых поступают импульсы соответствующих каналов. На третьем входе элементов И 26 к 27 в это время дежурит разрешающий потенциал с выхода соответствующего одновибратора 29 и 30, запускаемого от элемента И.

IQ Импульс на выходе соответствующего элемента И появляется лишь при схождении во времени импульсов обоих каналов, когда окончание импульса одновибратора 28, запущенного им45 пульсом одного канала, перекрывается с импульсом другого канала. При этом сразу же запускается соответствующий одновибратор 29, 30 с длительностью импульса, кратной нескольКИМ значениям периода автоциркуляции

который блокирует по третьему входу элемент И 26, 27. Очевидно, что для данного направления потока, когда 1(Т2.7Т,); импульс перекрытия появится только с выхода элемента И

21

26. При изменении направления потока этот импульс будет сниматься с выт хода элемента И 27. Это обстоятельство может быть использовано для указания направления потока в трубопро30воде .

Независимо от направления потока импульсы с выхода одновибраторов 29 и

30 запускают через элемент ИЛИ 25 блок 5 измерения разностной частоты, изменянхций значение лГ-СГ -РД определяемое моментами перекрытия импульсов автоциркуляции противоположных каналов, причем момент запуска одновибратора 29 или 30 совпадает с моментом запуска одновибратора 31 или 33 электронноакустического тракта расходомера, определяемого передним фронтом усиленного радиоимпульса после усилителя 12 или 13.

В предлагаемом ультразвуковом расходомере существенно повышается надежность функционирования и запуска, сводится к минимуму время его нерабочего состояния в случае срыва автоциркуляции и исключается влияние помех, возникающих в результате появления различных неоднородностей в рабочей среде, изменения свойств контролируемой жидкости, повышаются точность измерения разностной частоты и достоверность товарного учета контролируемой жидкости.

Формула изобретения

Двухканальный ультразвуковой расходомер, содержащий блок запуска,.выполненный в В1ще последовательно соединенных логического узла и генератора запуска, блок измерения разностной частоты, а в каждом канале последовательно соединенные генератор ультразвуковых колебаний и излучаквдий пъезопреобразователь, приемный пъезопреобразователь и усилитель сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и функциональной надежности, в него введены интеграторы,триггеры, линии задержки, одновибраторы, инверторы и логические элементы И, ИЛИ-, при этом к одному из входов логического узла блока запуска подсоединен выход первого интегратора, вход которого подключен к шине питания, ко второму и третьему входам логического узла блока запуска подсоединены инверсные выходы первого И; второго триггера, прямые выходы которых подключены к первым входам первого и второго элементов и, вторые входы которых подключены к выходу генератора запуска, выходы указанных элементов И подсоединены к первым входам первого и второго элементов ИЛИ,выходы которых подключены КОвходам генераторов ультразвуковых колебаний соответствующих . каналов расходомера, вторые входы указанных элементов ИЛИ подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, к четвертому и пятому входам логического узла блока запуска, к выходам третьего и четве того элементов И соответственно первого и второго каналов расходомера и первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы которых через первый одновибратор подсоеди.иены к выходу третьего элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов И подключены соответственно через второй и третий одновибраторы к третьим входам пятого и шестого злементов И, первому и, второму входам

четвертого элемента ИЛИ, выход Kd.oрого соединен со входом блока измерения разностной частоты, входы первого и второго триггеров соответственно через второй я третий интеграторы подключены к первым входам третьего и четвертого элементов И первого и второго каналов, вторые входы которых подключены ко входу блокировки усилителя соответствуюQ щего канала и через линию задержки и четвертый одновибратор, другую линию задержки и пятый одновибратор соответственно -- к выходам этих усилителей, причем между выходом четвертого одновибратора и первым входом третьего элемента И, выходом пятого одновибратора и первым входом четвертого элемента И включены соответственно первый и второй инверторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 523280, кл. G 01 F 1/00, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР № 300876, кл. G 05 D 7/00, 1971.