Ультразвуковой ротаметрический расходомер Советский патент 1982 года по МПК G01F1/66 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РОТАМЕТРИЧЕСКИЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к контрольн измерительной технике, в частности к ротаметрическйм расходомерам. Известно устройство для измерения расхода среды, содержащее помещенный в трубку поплавок, преобразователь перемещения поплавка, расположенный снаружи трубки, регистратор 11. Однако у этих устройств отсутствует возможность непосредственного наблюдения за положением поплавка, закрытого катушкой, ограничен выбор материалов для изготовления поплавка и ротометрической трубки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения расхода жид кости, содержащее помецен}1ый в измерительную трубку поплавок, ультразвуковой преобразователь, измеритель временных интервалов и регистраторС2 К недостаткам этого устройства относится ненадежность работы в случае, когда поплавок находится вблизи ультразвукового преобразователя, из-за наличия так назьшаемой мертвой зоны, обуславливаемой паразитными колебаниями пьезоэлемента после его возбуждения. Цель изобретения - повьшение точ- ности и надежности измерения расхода. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее помещенньй в измерительную трубку поплавок, первый обратимый электроакустический преобразователь , размещенный на одном конце трубки и соединенньш с первым измерителем временных интервалов, и регистратор, введены второй обратимый электроакустический преобразователь, размещенный на противоположном конце трубки и соединенный с вторым измерителем временных интервалов, три вычитателя, задатчик разности, делитель, два ключа, схемы ШШ, НЕ И схема сравнения,, причем выходы 39 обоих измерителей временных интервалов подключены к входам первого вычитателя, выход которого через вто рой вычитатель, делитель и первьй ключ подключены к первому входу регистратора, и параллельно выходы измерителей временных интервалов, первого непосредственно, а второго через третий вычитатель, подключены к входам схемы сравнения и схемы ИЛИ выход которой через второй ключ подключен к второму входу регистратора выход схемы сравнения подключен через схему НЕ к второму входу первого ключа и непосредственно к второму входу второго ключа, при этом выходы задатчика разности подключены ко вторым входам второго и третьего вычитателей. На чертеже представлена блок-схема ультразвукового ротаметрического расходомера. Устройство содержит измерительную трубку 1, поплавок 2, первый и второ обратимые электроакустические преобразователи 3 и 4, первый и второй измерители временных интервалов 5 и 6, регистратор 7, первый 8, второй 9 и третий 10 вычитатели, задатчик разности 11, делитель 12, первый 13 и второй 14 ключи, схему НЕ 15, схему ИЛИ 16 и схему 17 сравнения отклонения показаний измерителя временных интервалов, выполненную в вид индикатора равенства сигналов на вхо дах, схемы ИЛИ. К 1ждый измеритель временных интер валов содержит генератор электрических импульсов для возбуждения УЗ-пре образователей, приемник электрических импульсов, соответствующих отраженным ультразвуковым импульсам, измеритель-преобразователь времени меж ду посылкой зондирующего и приёмом отраженного импульса в постоянное на пряжение, пропорциональное расстояни от УЗ-преобразователей до поплавка 2. Задатчик разности представляет со бой источник постоянного напряжения, на выходе которого уровень напряжения численно равен разности расстояний между преобразователями 3 и 4 и высотой поплавка (H-h). Устройство работает следующим образом. При увеличении расхода поплавок 2 перемещается вверх.При этом время прохождения акустического импульса 1 от поплавка до нижнего преобразователя 3 увеличивается, а до верхнего преобразователя 4 уменьшается. При работе устройства, электрические зондирукицие импульсы одинаковой частотой синхронно поступают на УЗ-преобразователи 3 и 4 с соответствуюпщх измерителей 5 и 6. Электрические импульсы превращаются преобразователями в ультразвуковые, которые распространяются в жидкости до поплавка и отражаются от него. Отраженные УЗ-импульсы снова превращаются преобразователями 3 и 4 в электрические импульсы, которые регистрируются измерителями 5 и 6. Интервалы времени между посылкой зондирующих импульсов и приемом соответствующих отраженных импульсов получаются пропорциональными расстояниям Н и Hg от преобразователей до поплавка и соответствующим образом измеряемому расходу. Интервалы времени преобразуются измерителями 5 и 6 в постоянное на,пряжение, уровень которого численно равен соответственно расстояниям Ч, и Н2. При измерении расхода, например увеличении, поплавок 2 перемещается вверх и расстояние Н увеличивается, а расстояние Hj. уменьшается на одну и ту же величину. Соответственно время прохождения акустического импульса от поплавка до нижнего преобразователя 3 увеличивается, а до верхнего преобразователя уменьшается на одну и ту же величину . На выходах измерителей 5 и 6 появляются напряжения, соответствуюие новым значениям расстояний Н и Hg. Напряжения H и Н вычитаются руг из друга в схеме 8 и разностное напряжение поступает на схему 9, где оно вычитается из напряжения, численно равного H-h и поступающего от задатчика 11, выполненного в виде стабилизированного источника напряения с двумя Твыходами, Другой выход адатчика II с таким же напряжением H-h подключен к схеме 10. В схеме 10 из этого напряжения вычитается напряжение Н, поступающее на другой ее вход с измерителя 6. Таким образом на выходе схемы вычитания 9 будет напряжение, равное разности (H-h)-(Hj-H;|)2H , а на выходе схемы 12 после деления на 2 получается напряжение Нд. На выходе схемы вычитания Ш напряжение также равно разности (H-h) Таким образом при нормальной работе устройства на выходах схем 5, 10 и 12 получается одно и то же напряжение равное И и прямо пропор циональное измеряемому расходу. Однако на выходе делителя 12 напряжение меньше зависит от изменени скорости ультразвука в жидкости, та как погрешности при измерении расстояний Н и Hj имеют один и тот же знак и вычитаются друг из друга при вычитании соответствующих напряжени в схеме 8. На выходах схем 5 и 10 напряжения будут больше зависеть от изменения скорости распространения ультразвука в жидкости, вызванного изм нением, например, физических свойст жидкости и температуры. Поэтому при нормальной работе че рез открытый ключ 13 на выход регис ратора 7 поступает напряжение Н/, как наиболее точно соответствующее измеряемому расходу. Если отраженный сигнал от одного из преобразователей 3 или 4 пропадает, то нарушается равенство напряжений, поступающих на входы схе мы сравнения 17 с выходов схем 2 и 10.. При отсутствии равенства сигналов на входах схемы 17, на ее вых де появляется напряжение, соответствующее логической 1. От этого н пряжения ключ 14 открывается, на вы ходе схемы НЕ появляется напряжение соответствующее логическому О, от которого ключ 13 закрывается. Поэтому напряжение Н-( через закрытый ключ 13 не попадает на регистратор 7. А через открытый ключ 14 и схему ЮШ 16 на регистратор по ступит напряжение Ну| со схемы 5 ил 10 в зависимости от того, с какого преобразователя пропал сигнал. При появлении сигналов на выхода обоих преобразователей 3 и 4 и соот ветствующих им измерителей схема сравнения 17 подает сигнал о равенстве напряжений на выходах схем 5 и 10, соответствующий логическому о, при этом ключ 14 закрывается, .ключ 13 открывается, и напряжение 1 Н 1) на регистратор будет снова поступать с делителя 12. В случае надежного приема -сигналов с обоих преобразователей для ре- тистрации используется напряжение с делителя 12. При этом по сравнению с известным устройством повышается точность измерения в случае измене- ния скорости распространения ультразвука в жидкости, например, из-за изменения температуры последней. В случае, если в процессе измерения изменяется скорость распространения ультразвука и возможно пропадание сигнала с одного из преобразователей, то используется вся схема устройства, изображенного на чертеже. Таким образом, применение в предлагаемом устройстве двух УЗ-преобразователей положения одного поплавка дает дополнительные возможности /У1Я повышения точности измерения расхода при изменении физических параметров измеряемой среды и для повьш ения надежности работы устройства. Формула изобретения Ультразвуковой ротаметрический расходомер, содержащий помещенный в измерительную трубку поплавок, первый обратимый электроакустический преобразователь, размещеннь.1й на одном конце трубки и соединенный с первым измерителем временных интервалов, и регистратор, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, в него введены второй обратимый электроакустический преобразователь, размещенньй на противоположном конце трубки и соединенный с вторым измерителем временных интервалов, три вычитателя, задатчик разности, делитель, два ключа, схемы ИЛИ, НЕ ri схема сравнения, причем выходы обоих измерителей временных интервалов подключены к входам первого вычитателя, выход которого через второй вычитатель, делитель и первый ключ подключен к первому входу регистратора, и параллельно выходы измерителей временных интервалов, первого непосредственно, а второго через третий вычитатель, подключены к входам схемы сравнения, и схемы ИЛИ, выход которой Через -агорой ключ подключен к второму входу регистратора, выход схемы сравнения подключен через схему НЕ к второму входу первого ключа и непосредственно к ..второму входу вто 5 рого ключа, при-этом выходы задатчика разности подключены к вторым входам второго и третьего вычитатеЛя,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР 681327, кл. G 01 F 23/10, 1974 (прототип).