Ультразвуковой расходомер Советский патент 1981 года по МПК G01F1/66 G01P5/24 

1

Изобретение относится к .измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода или количества.

Известны ультразвуковые расходомеры, содержащие генератор зондирующих импульсов, два обратимых электроакустических преобразователя, коммутатор направлений, блок обработки сигналов и блок регистрации l.

Недостатком таких устройств является значительная пог решность измерений .

Наиболее близкое к изобретению техническое решение - ультразвуковой расходомер, содержащий два приемопередающих пьезопреобразователя, к одному из которых подключены выход формирователя зондирующих импульсов и первый вход аналогового коммутатора, второй вход которого подключен к второму пьезопреобразователю, . управляющий вход аналогового комму- . татора соединен с управляющими входами двух коммутаторов слежения, а выход аналогового коммутатора через усилитель-формирователь подключен к первому входу дискриминатора времени, два выхода которого соединены с соответствующими входами коммутаторов слежения, измеритель разностной величины и индикатор 2.

Недостатком этого устройства яве ляется недостатачно высокая точность измерений расхода вследствие погрешностей измерений по потоку и против потоку,. ,

Цель изобретения - повышение точ«л ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый расходомер введены задающий генератор, втброй формирователь зондирующих импульсов, элемент ИЛИ, преобразователь напря 5 жение-длительность собратно пропорциональной зависимостью, второй аналоговый коммутатор и два дифференциальных интегратора, выходы которых подключены к первому и второму входам измерителя разностной величины и второго аналогового коммутатора, связанного с задающим генератором, прямой и инверсный выходы которого подключены к входам первого и второ25го формирователей зондирующих импульсов, выход второго формирователя зондирующих импульсов подключен к второму входу первого аналогового коммутатора и первому входу элемента

30 ИЛИ, второй вход которого подключен к первому входу первого аналогового коммутатора, а выход элемента ИЛИ подключен к запускающему входу преобразователя напряжение-длительность, управляющий вход которого подключен к выходу второго аналогового коммутатора, а выход указанного преобразователя подключен к второму входу дискриминатора времени. На чертеже изображена структурная схема предложенного ультразвукового расходомера. Расходомер содержит измерительный участок трубопровода 1 с вмонтирован ными под некоторым углом к потоку пр приемо-передс1ющими пьезопреобразователями 2 и 3, формирователь 4 зондирующих импульсов, задающий генератор 5, формирователь б зондирующих импульсов, элемент ИЛИ 7, первый и второй аналоговые коммутаторы 8 и 9 соответственно, преобразователь 10 напряжение-длительность с обратно пропорциональной зависимостью между управляющим напряжением и длительностью выходного импульса, дискриминатор 11 времени, усилитель-формирователь 12 приемных сигналов, коммутатор 13 слежения, дифференциальные интеграторы 14 и 15, коммутатор слежения 16, измеритель 17 разностной величины и. индикатор 18. ,Предлагаемое устройство работает следующим образом. В такте по потоку импульс с прямого выхода задающего генератора 5 возбуждает формирователь 4, который посылает зондирующий импульс на пьезопреобразователь 2, работающий этом такте в качестве излучателя. Одновременно задающий генератор 5 подготавливает первый аналоговый коммутатор 8 к приему ультразвуковых колебаний с пьезрпреобразователя 3, работающего в этом такте в качестве приемника, коммутатор слежения 13 и второй аналоговый коммутатор 9, обеспечивающий поступление напряжения с выхода дифференциального интегратора 14 на управляющи вход ждущего преобразователя 10 напряжение - длительность с обратно пропорциональной зависимостью, на запускающий вход которого поступает импульс формирователя 4 через элемент ИЛИ 7. Таким образом, запуск преобразова теля 10 производится в момент прихода зондирующего импульса на пьезопреобразователь 2 и электрические задержки включения, присущие формирователям зондирующих импульсов, а также из нестабильности, на измерени времени распространения ультразвуковых колебаний влияния не оказывают. Длительность интервала времени t , формируемая на выходе преобразователя 10, связана с напряжением V на его входе, поступающим с выхода дифференциального интегратора 14, 3 ависимость и.|, где К - коэффициент пропорциональности. На первый вход дискриминатора времени 11 через первый аналоговый коммутатор 8 и усилитель-формирователь 12 поступает приемный сигнал с пьезопреобразователя 3. На второй вход дискриминатора 11 поступает импульс с-выхода преобразователя 10. Дискриминатор времени сравнивает спад импульса преобразователя 10 с моментом регистрации приемного сигнала усилителем-формирователем 12 и в зависимости от их временного расположения вырабатывает сигналы опережения или отставания, которые через коммутатор слежения 13 поступают на входы дифференциального интегратора 14 и изменяют напряжение на его выходе до такого значения, при котором длительность выходного импульса преобразователя .10 будет равной времени прохождения ультразвуковых колебаний по потоку. н ° С + VcosoC где С - групповая скорость распространения ультразвуковых колебаний в измеряемой среде;V - средняя скорость потока; L - расстояние между пьезопреобразователями 2 и 3; оС- угол между осью пьезопреобразователей и вектором средней скорости потока. При этом условии напряжение на выходе интегратора 14 будет равно С + VcosoC В такте против потока работа расходомера аналогична, с той разницея, что инверсный выход генератора 5 возбуждает формирователь б, который посылает зондирующий импульс на пьезопреобразователь 3, работающий в этом такте в качестве излучателя, первый аналоговый коммутатор 8 подготавливается генератором 5 к приему ультразвуковых колебаний с пьезопреобразователя 2, работающего в качестве приемника, второй аналоговый коммутатор 9 подготавливается для поступления напряжения с выхода дифференциёшьного интегратора 15 на управляющий вход преобразователя 10, на запускающий вход которого ifocTyпает импульс формирователя б через элемент ИЛИ 7. На первый вход дискриминатора 11 времени ерез аналоговый коммутатор 8 и усилитель-формирователь 12 поступает приемный сигнал с пьезопреобразователя 2, а на второй вход ди скриминатора поступает импульс с преобразователя 10, длительность ко торого сравнивается дискриминатором с моментом регистрации приемного си нала . Сигналы отстаивания или опережен через коммутатор 16 слежения, подго тавливаемый в этом такте генератором 5, поступают на входы дифференциального интегратора 15 и изменяют напряжение на -его выходе, при котором длительность импульса на выходе преобразователя 10 будет равной вре мени прохождения ультразвуковых кол баний против потока : 2. С - VcoseC При этом условии напряжение на выходе интегратора 15 равно с - VcoseC Разность напряжений 1) и U на выходах дифференциальных интеграторов 14 и 15 определяется измерителем разности величины 17 2 К-со Sot Эта величина, регистрируемая индикатором 18,является мерой расхода так как V к (), где К,- коэффициент пропорциональности. Расход измеряют по разности напряжений двух интеграторов с выходными напряжениями, устанавливаемыми коммутаторами слежения таким образо что времена распространения ультразвуковых колебаний в направлении по тока и против равны длительностям управляемого поочередно интегратора ми ждущего преобразователя напряже ние-длительность с обратно пропорциональной зависимостью. В предложенном расходомере исклю чаются влияние времен электрических задержек в формирователях зондирующих импульсов и их нестабильностей на метрологические характеристики расходомера, а также увеличивгиотся точности измерения времен распростр нения ультразвуковых колебаний по потоку и против за счет применения одного измерителя времени для двух направлений зондирования. Кроме того, отказ от управляемых генераторов , характерных для аналогичных устройств, позволяет производить из мерения малых расходов жидкостей, а применение задающего генератора позволяет в одном конструктивном исполнении легко менять частоту зондирования, то есть постоянную времени прибора, и переходить.от работы на установившихся потоках к пульсирукмцим и наоборот. Формула изобретения Ультразвуковой расходомер, содержащий два приемо-передакицих пьезопреобразователя, к одному из. которых подключены выход формирователя зондирующих импульсов и первый вход аналогового коммутатора, второй вход которого подключен к второму пьезопрёобразователю, управляющий вход аналогового коммутатора соединен с управляющими входами двух коммутаторов слежения, а выход аналогового коммутатора через усилитель-формирователь подключен к первому входу дискриминатора времени, два выхода которого соединены с соответствующими входами коммутаторов слежения, измеритель разностной величины и индикатор, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения, в него введены задающий генератор, .второй формирователь зондирующих импульсов , элемент ИЛИ, преобразователь напряжение-длительность с обратно пропорциональной зависимостью, второй аналоговый коммутатор и два дифференциальных интегратора, выходы котоЕИХ подключены к первому и второму входам измерителя разностной величины и второго аналогового коммутатора, связанного с задающим генератором, прямой и инверсный выходы которого подключены ко входам первого и второго формирователей зондирующих импульсов, выход второго формирователя .зондирующих импульсов подключен к второму входу первого аналогового коммутатора и первому -входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому входу первого аналогового коммутатора, а выход элемента ИЛИ подключен к запускающему входу преобразователя напряжение-длительность , управляющий вход которого подключен rt выходу второго аналогового коммутатора, а выход указанного преобразователя подключен к второму входу дискриминатора времени. источники информации, принятые во внимание,при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 494693, кл.б 01 Р 5/00, 1976. 2.Авторское свидетельство по заявке №2705045/18-10, кл.С 01 F 1/66, 1978 (прототип).