Ультразвуковой расходомер Советский патент 1981 года по МПК G01F1/66 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

1

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано для измерения расхода жидкох:тей.

Известны одноканальные ультразвуковые расходомеры, содержащие ультразвуковой преобразователь, генератор электрических импульсов, усилитель, коммутатор, умножитель частот,смеситель, частотомер, автогенератор с автоматической подстройкой частоты, амплитудный детектор ,интегрирующее устройство и выходное устройство 1 .

Недостатком этих расходомеров является ограниченный диапазон применения расходоме5 а вследствие того что при нелинейной зависимости емкости варикапов от напряжения практически невозможно обеспечить постоянство коэффициента умножения в широком диапазоне изменения скорости звука, которое получается, например, при переходе с одной контролируемой среды на другую. Особенно сильно этот недостаток ощутим при больших коэффициентах умножения, которые необходимо иметь при измерении расхода в трубоп1зоводах большого диаметра, когда приращение разностной

частоты от расхода сильно уменьшается.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя пьезо- . элементами, соединенными через переключатель с генератором импульсов и усилителем, выход которого соединен со входом генератора импульсов, кварцевый генератор, выход которого соединен с электронным переключателем, управляющим входом реверсивного счетчика и запоминающим устройством, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход соединен со входом выходного преобразователя 2.

Недостатками этого устройства являются низкая чувствительность и недостаточно высокая точность измерений.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства и точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковой расходомер введены следящий генератор с автоподстройкой частоты, делитель частоты элемент сравнения и детектор,причем

элемент сравнения одним входом соединен с генератором импульсов, а вторым - с выходом делителя частоты вход которого соединен с выходом следящего генератора, подключенного ко входу реверсивного счетчика и выходу детектора, вход которого под.ключен к выходу элемента сравнения.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого расходомера.

Расходомер содержит преобразователь 1 с двумя пьезоэлементами 2 и 3, генератор 4 импульсов, усилитель 5, переключатель б направления излучения, кварцевый генератор 7,элмент 8 сравнения, делитель 9 частоты, следящий генератор 10, детектор 11/ реверсивный счетчик 12,, запоминающее устройство 13 и выходной преобразователь 14.

Предлагаемый расходомер работает следующим образом.

При синхронизации генератора 4 импульсов сигналами, принятыми с преобразователя 1, в-электронноакустической цепи, состоящей из преобразователя 1 с пьезоэлементами 2 и 3, гейератор 4 импульсов, усилителя 5 и переключателя 6,устанавливается частота следования импульсов которая при излучении по потоку жидкости равняется , а при излучении против потока - . f-v Импульсы с частотой следования и поочередно поступают на один из входов элементов 8 сравнения, на второй, вход которого подается сигнал со следящего генератора 10 через дискретный делитель частоты 9, с коэффициентом деления М.

В результате сравнения сигналов двух отличающихся частот - сигнала с усилителя 5 с частотой следования f.y (или f-v) и сигнала с выхода делителя 9 с частотой, равной частоте генератора,поделенной М раз, получается напряжение разбаланса, которое после детектирования детектором 11 используется для управления, частотой следящего генератора 10 и его частота становится равной тпри излучении по потоку или при излучении против потока. Сигналы со следящего генератора с частотами и поочередно поступают на реверсивный счетчик 12, в котором осуществляется выделение разности количеств импульсов

M()(T-t«)

AN

4-V

где Т - длительность такта;

to - длительность импульса запирания входа счетчика. Для передачи на выход устройства непрерывной информации о расходе служит запоминающее устройство 13, в котором полученное в виде кода

количество импульсо U.N хранится в течение рабочего цикла реверсив ного счетчика 12. Выходной преобразователь 14 служит для преобраз р-. вания кода в унифицированный выходной сигнал

вЫХ BblX 4-v -v) (т-to) .

и.

к.

с учетом известных выражений для и f-v

Cj-Vcosct .

«-V

С - VcoscL

f-v

71

15

где С - скорость звука в неподвижной жидкости;

V - средняя скорость потока жидкости;

Е - расстояние между пьезоэлементами;

cL - угол между направлением ультразвукового луча и осью трубопровода. Получаем окончательно

и 2M(T-to)- K bix-cos d.

V

Bbtlk

е

В связи с тем, что коэффициент деления М делителя частоты может выбираться независимо от диапазона измерения скорости звука в жидкости, его величина может быть достаточно

большой (м 100), чтобы обеспечить высокую разрешающую способность и точность расходомера.Кроме того, при изменении в широких пределах скорости звука в жидкости, например, при переходе с одной контролируемой среды на другую, коэффициент М остается неизменным и не требует подстройки.

Формула изобретения

45

Ультразвуковой расходомер,содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, соединенными через переключатель с генератором импульсов и усилителем, выход которого соединен со входом генератора импульсов, кварцевый генератор, выхоД которого соединен с переключателем, управляющим входом реверсивного счетчика и

запоминающим устройством, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход соединен со входом выходного преобразователя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,

с целью повышения чувствительности устройства и точности измерений, в .него введены следящий генератор с автоподстройкой частоты, делитель частоты, элемент сравнения и детектор, причем элемент сравнения

одним входом соединен с генератором импульсов, а вторым - с выходом делителя частоты, вх.ад которого соединен с выходом следящего генератора, подключенного ко входу реверсивного счетчика и выходу детектора, вход которого подключен к выходу элемента сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиза

1, Авторское свидетельство CCCl 248269, кл. G 01 F 1/66, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2436494/10, кл. G 01 F 1/66, 1977.