Способ запуска и восстановленияРАбОТы ульТРАзВуКОВОгО чАСТОТНО- иМпульСНОгО РАСХОдОМЕРА иуСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01F1/66 

леаии работы расходомера. При этом возможно получение ложных результатов измерения вследствие попадания на вход амплитудного детектора сигналов помех.

Недостатком известных способов является низкая помехозащищенность расходомеров, так как скнхрокольцо расходомера оказывается открытым все время, и в случае ложного заinycKa от помехи в кольце может установиться режим автоциркуляции двух и более импульсов, что приводит к неправильному измерению.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ запуска и восстановления работы ультразвукового частотноимпульсного расходомера, основанный на подаче в синхрокольцо запускающих импульсов и запираниясинхрокольца на время, меньшее времени распространения ультразвукового сигнала в контролируемой среде, при этом ультразвуковой расходомер содержит по крайней мере одно синхрокольцо, состоящее из последовательно соединенных усилителя-формирователя, схемы запрета, формирователя импульсов возбуждения и акустического преобразователя, и измерительный блок з.

Согласно этому способу запоминают наличие Шлпульса в синхрокольце и при нарушениях электроакустического канала восстанавливают работу расходомера, запомненным импульсом.

Недостатком этого способа является невозможность автоматического .запуска расходомера. Кроме того, при увеличении времени распространения ультразвукового сигнала в контролируемой среде увеличивается время, во время которого синхрокольцо оказывается открытым, что повышает вероятность ложного запуска синхрокольца.

Целью изобретения является автоматизация процесса запуска и восстановления работы расходомера.

Это достигается тем, что изменяют период следования запускающих гмпульсов в диапазоне возможных изменений периода следования импульсов автоциркуляции синхрокольца, определяют момент совпадения периодов следования импульсов автоциркуляции и запускающих импульсов, прекращают подачу запускающих импульсов в синхрокольцо и проводят фазовую автоподстройку частоты запускающих импульсов с импульсами автоциркулядии.

Для повышения помехозащищенности синхрокольцо открывают запускающим импульсом на время, не превышающее его длительности.

Для повыиения достоверности результатов измерения определяют совпадение каждого импульса автоциркуляции и запускающего импульса, по наличию совпадения судят о восстановлении работы расходомера и осуществляют регистрацию результатов имерения.

В устройство для осуществления способа к каждог синхрокольку подключены управляемый автогенератор запускающих импульсов, схема И, запоминающий элемент, схема поиска и фазовой автоподстройки, при этом выход схемы поиска и фазовой автоподстройки соединен с входом управляемого автогенератора запускающих импульсов, выход которого подключен к входам измерительного блока, запоминающего элемента, схемы поиска и фазовой автоподстройки и схемы И, другой вход которой соединен с выходом запоминающего элемента, а выходс входами формирователя импульсов возбуждения и схемы запрета, выход которой подключен к другому входу запоминающего элемента, выход которого соединен со вторым входом схем поиска и фазовой автоподстройки.

Для повышения достоверности результатов измерения между выходом запоминающего элемента и разрешающим входом измерительного блока включен второй запоминающий элемент, синхровход которого соединен с выходом управляемого автогенератора запускающих импульсов.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового частотно-импульсног расходомера, регшизующего способ запуска и восстановления работы расходомера на фиг. 2 - диаграммы напряжений.

Устройство содержит одно синхрокольцо, состоящее из акустическог преобразователя 1 с пьезоэлементами 2 и 3, формирователя 4 импульсов возбуждения, усилителя-формирователя 5 и схемы запрета 6, к которому подключены управляемый автогенератор 7 запускающих импульсов, запоминающий элемент 8, например RS-триггер, запоминающий элемент 9, например 0-триггер, схема 10 поиска и фазовой автоподстройки и схема И а также измерительный блок 12. При этом выход схемы 10 поиска и фазово автоподстройки соединен со входом управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов, выход которого подключен к входам измерительного блока 12, запоминающего элемента 8, схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки и схемы И 11, другой вход которой соединен с выходом запоминающего элемента 8, а выход - с входами формирователя 4 импульсов возбуждения и схемы запрета 6, выход которой подключен к другому запоминающего элемента 8, выход которого соединен со вторым

э.ходом схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки, между выходом запоминающего элемента 8 и разрешающим входом измерительного блока 12 включен запоминающий элемент 9, синхровход которого соединен с выходом управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с выхода схемы 10 поиска и автоподстройки фазы (фиг.2д) подается на вход управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов, перестраивая его частоту. В момент подачи питающих напряжений напряжение на выходе схемы 10 поиска и автопоцстройки, фазы равно нулю. При этом период импульсов управляемого автогенератора 7 минимален Т.др, (фиг, 2а) и меньше минимального времени распространения сигнала по электроакустическому каналу. Перестройка периода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов выбирается с таким расчетом, чтобы максимальный период импульсов на ег выходе был больше максимального времени распространения сигнала по эле троакустическому каналу. В момент подачи питающих напряжений импульс с выхода управляемого автогенератор 7 запускающих импульсов отсутствует и на его выходе низкий уровень. Этот уровень фиксируется запоминающим элементом 8, при этом на его выходе высокий уровень. На выходе схе мы запрета б в исходном состоянии высокий уровень. Поскольку выход триггера соединен с входом схемы И 11, то первый же положительный импульс с выхода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов через схему И 11 (фиг. 26) поступает на схему запрета 6, открывая ее, и на запуск формирователя 4 импульсов возбуждения. Запуск формирователя 4 импульсов возбуждения осуществляется задним фронтом положительного импульса«Импульс с формирователя 4 импульсоз возбуждения (фиг. 2в ) поступает на пьезоэлемент 2, преобразуется в ультразвуковой сигнал, который проходит контролируемую среду и принимается пьезоэлементом 3, преобразующим его в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на усилитель-формирователь 5, где усиливается и формируется в прямоугольный импульс (фиг. 2г), после чего поступает на схему запрета 6. Импульс с усилителя-формирователя 5 задержан относительно импульса с выхода формирователя 4 импульсов возбуждения на время . Поскольку период управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов минимален и меньше 3tJ9 второй импульс с выхода

схемы поступает на вход схемы запрета 6 раньше,чем 1-1мг1ульс с выхода усилителя формирователя 5, и схема запрета 6 к моменту прихода 11мпульса с усилителя-формирователя 5 оказывается закрытой. Второй импульс с выхода схемы И 11 проходит по электроакустическое/ каналу аналогично первому и т.д. Одновременно положительные импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запус10кающих импульсов поступают на схе- му 10 поиска и автоподстройки фазы, увеличивая напряжение на ее выходе. При этом период управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов уве15личивается до тех пор, пока к моменту прихода импульса с усилителя-формирователя 5 на.схему запрета 6 схема запрета б не оказывается открытой импульсом с выхода схемы И 11, Тогда импульс с усилителя-формирова0теля 5 проходит на вход формирователя 4 импульсов возбуждения, запуская его передним фронтом отрицательного импульса, синхрокольцо запущено. Одновременно отрицательный

5 импульс с выхода схемы запрета 6, поступая на вход запоминающего элемента 8 устанавливает на его выходе низкий уровень, так что на схему И 11 подается Запрет, что приводит

0 к ограничению длительности импульса на ее выходе (момент времени tor.pна фиг.26).При этом задний фронт положительного импульса на выходе схемы И 11 будет совпадать с передним

5 фронтом отрицательного импульса на выходе схел1ы запрета б, т.е. дальнейная работа управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов не оказывает влияния на работу

0 синхрокольца, следовательно управляемый автогенератор 7 запускающих импульсов автоматически отключается.

После этого схема Ю поиска и автоподстройки фазы из режима поиска переходит в режим автоподстройки фазы

5 управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов с импульсами автоциркуляции синхрокольца. Высокий уровень на выходе запоминающего элемента 8 вновь ycTaHOBSiTCH по задне0му фронту положительного импульса с управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов.

Запускающий импульс поступает на вход схемы 10 поиска и автоподстрой5ки фазы, а на другой ее вход поступают импульсы с выхода запоминающего элемента 8, передний фронт которых совпадает с передним фронтом импульса синхрокольца, црошедшего схему запрета 6. Схема 10 поиска

0 и автоподстройки фазы выделяет ошибку рассогласования по времени между запускающим импульсом и передиш фронтом импульса автоциркуляции .синхрокольца, преобразует ошибку

5

В управляющий сигнал, с помощью которого управляет частотой и фазой управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов. Причем подстройка производится таким образом, чтобы передний фронт импульса автоциркуляции синхрокольца по времени находился внутри запускающего импульса, предпочтительно на его середине. Тогда схема запрета б И, следовательно, синхрокольцо будут открьшаться по переднему фронту запускающего импульса, а закрываться по переднем фронту импульса синхрокольца, т.е. время открытого синхрокольца составит половину длительнрсти запускающего импульса. С точки зрения помехозащищенности длительность запускающего импульса выбирают равной 1-2% от периода следования импульсов автоциркуляции. Таким образом, запускающие импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов оказываются связанными по частоте и фазе с импульcciMH синхрокольца, и частоту следования импульсов синхрокольца можно определять, подавая импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов на вход измерительного блока 12. Кроме того, по совпадению каждого из импульсов синхрокольца с запускающим импульсом можно судить об исправной работе расходомера. Для этого импульсы с выхода запоминакяцего элемента 8 подают на информационный вход запоминающего элемента 9, например D-триггера, а импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запусканяцих импульсов - на синхровход запоминающего элемента 9. Напряжение на вь ходе запоминающего элемента 9 является критерием исправной работы расходомера. Его подают на разрешающий вход измерительного блока 12. В случае нарушения элект1Х акустического канала к моменту прихода заднего фронта импульса с управляемого автогенератора 7 запускающих ш«1ульсов на синхровход запоминающего элемента 9 на его информационном входе высокий уровень, характеризующий закрытое состояние синхрокольца. Задний фронт запускающего импульса сотрет информацию о совпадении запускающих ш« пульсов и импульсов синхрокольца, при этом с выхода запоминающего элемента 9 на разрешающий вход измерительного блока 12 поступит Запрет Импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 .запускающих импульсов будут продолжать поступать на вход схемы 10 поиска, и автоподстройки фазы, увеличивая напряжение на ее выходе, при этом период запускающих импульсов будет увеличиваться. При максимальном напряжении на выходе схемы 10 поиска и автоподстройки фазы этот период будет максимален, схема 10 поиска и автоподстрой- .ки фазы осуществит разряд этого напряжения до нуля, после чего устройство будет работать аналогично описанному. Чтобы осуществить

запуск расходомера в первом же цикле изменения периода запускающих импульсов, каждый последующий период запускающих импульсов должен изменяться не более, чем на длительность

запускающего импульса.

Таким образом, ультразвуковой расходомер автоматически запускается при включении и восстанавливает свою работу после временного наруше 5 ния электроакустического канала, имеет высокую помехозащищенность, обусловленную тем, что электроакустический канал открывают только на время, необходимое для пропускания

20 импульса синхрокольца. Расходомер исключает регистрацию ложных измерений.

Формула изобретения

1. Способ запуска и восстановления работы ультразвукового частотно-импульсного расходомера, основанный на nofia ie в синхрокольцо запускающих ю шульсов и запирании с синхрокольца на время, меньшее времени распространения ультразвукового сигнала в контролируемой среде, отличающийся тем, что, с целью автоматизации процесса запуска и восстановления работы расходомера, изменяют период следования запускаюошх гаипульсов в диапазоне возможных изменений периода

0 следования импульсов автоциркуляции синхрокольца, определяют момент совпадения периодов следования импульсов автоциркуляции и запускающих «мпульсов. прекраищют подачу

с запускающих импульсов в синхрокольцо и производят фазовую автоподстройку частоты запускающих импульсов с импульсами автоциркуляции.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, симхрокольцо открывают запускгцощим импульсом на время, не превышающее его длительности.

3.Способ по п. 1, о т л и 5 чающийся тем, что, с целью

повьанения достоверности результатов измерения, определяют совпадение каждого импульса автоциркуляции и запускающего импульса, по нгшичию Q совпадения судят о восстановлении раработы расходомера и осьоцествляют регистрацию результатов измерения.

4.Устройство рля осуществления Способа по п. 1, содержащее по крайней мере одно синхрокольцо, состоящее из последовательно соединенных усилителя-формирователя, схемы запрета, формирователя импульсов возбуждения и акустического преобразователя, и измерительный блок, от ли чающийся тем, что к каждому синхрокольцу подключены управляемый автогенератор запускающих импульсов, схема И, запоминающий элемент, схема поиска и фазовой автоподстройки, при этом выход схемы поиска и фазовой автоподстройки соединен с входом управляемого автогенератора запускающих импульсов, выход которого подключен к входам измерительного блока запоминающего элемента, , схемы поиска и фазовой автоподстройки и схемы И, другой вход которой соединен с выходом запоминающего элемента, а выход - с входс1ми формирователя импульсов возбуждения . и схемой ;;апрета, выход которой подключен к другому входу запоминающего элемента, выход которого

соединен с вторым входом схемы поиска и фазовой автоподстройки.

5. Устройство для осуществления способа по п. 4, отличающееся тем, что между выходом запоминёшицего элемента и разрешающим входом измерительного блока включен второй запоминакиций элемент, с нхровход которого соединен с выходом управляемого автогенератора запускающих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Биргер Г.И., Бражников Н.И., 15 Ультразвуковые расходомеры. Металлургия г 1964, с. 66-70.

2.Биргер Г.И., Бражников Н.И. Ультразвуковые расходомеры. Металлургия, 1964, с. 295-303.

20 3. Авторское свидетельство СССР 526827, м. кл. G 01 Р 5/00, 30.08,76.

/ /

V3Tffiff/

«

I

faa

«6i«