Ультразвуковой расходомер для измерения малых расходов жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для измерения малых и быстропеременных расходов жид кости в химическом и транспортном машиностроении, в химическом и металлургическом производстве, при проведении научно-исследовательских работ. Известны ультразвуковые расходомеры, выполненные по двухканальной схеме, содержащие излучатели,приемники ультразвука, задающие генерато ры, усилители, модуляторы, блок выделения разностной частоты, измеритель и регистратор ГП. Недостатком известного расходомера является малая точность при измерении малых paсходов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой расходс ер, содержащий трубопровод, два акустико-электронных канала, каждый из которых содержит обратимый электроакустичёС кий преобразователь, подключенный через коммутатор к усилителю-формирователю и блоку управления коммутатором, измеритель времени, счетчик, блока преобразования в обратные величины, задающий генератор, а также измеритель разности обратных величин 2.. В этом расходомере измеряется время прохождения ультразвуковых колебаний по и против потока жидкости. Измеренные величины времени запоминают и преобразуют в обратные J 1 и г-, а затем с 1редевеличины л 1 ляют разность между обратными величинами временных интервалов, которая пропорциональна величине расхода жидкости в трубопроводе и не зависит от скорости звука в среде: где Q - расход жидкостиi К .- постоянный коэффициент-, Т - время прохождения ультразвуковых импульсов по по току, Tft - время прохождения ультразвуковых импульсов против потока. Однако при малых расходах жидкости, при которых скорость потока жидкости меньше 1 м/с, отличие велимин Т и Tft мало, порядка десятых долей микросекунд, устройство имее ограниченную точность и требует для своей реализации специальных сверхбыстродействующих цифровых элементов. Цель изобретения - увеличение точности измерения малых расходов жидкости, при которых скорость потока жидкости в трубопроводе меньше 1 м/с, Поставленная цель достигается те что в устройство, содержащее трубопровод, два акустико-электронных канала, каждый из которых содержит обратимый электроакустический преобразователь, подключенный через коммутатор к усилителю-формирователю и блоку управления коммутатором, а также импульсный автогенератор и формирователь импульсов, введены блок задержки. и аналоговый вычислитель , состоящий из формирователя модулирующих импульсов и последовательно соединенных блока выделения разности времени задержки, первого .демодулятора,модулятора, еторого де модулятора и масштабного усилителя, а в каждый акустико-электронный канал введен блок стробирований ,вк|воченный между усилителем-формирователем и входом блока выделения разности времени задержки, причем вход импульсного автогенератора подключен к выходу блока стробирования вт рого канала, его выход подключен к входам блоков управления коммутаторами обоих каналов, а через блок задержки и формирователь ияпульсов к электроакустическим преобразователям, при этом формирователь модул рующих импульсов включен между выходом схемы стробирования первого канала и входом модулятора. ,На чертеже представлена блоксхема предлагаемого ультразвукового расходомера. 9 4 Расходомер состоит из двух пьезоэлектрических преобразователей 1 и 2, трубопровода 3, подводящего патрубка Ц, отводящего патрубка 5, высоковольтного формирователя 6 импульсов, двух управляемых коммутаторов 7 и 8, двух блоков 9 и 10 управления коммутаторами, двух усилителей-формирователей П и 12, блока 13 задержки, синхронизируемого автогенератора U, двух блоков 15 и 1б стробирования, блока 17 выделения разности времени задержки, первого демодулятора (фильтра нижних частот) 18, формирователя 19 модулирующих импульсов, модулятора 20, второго демодулятора 21 и масштабного усилителя 22. Расходомер работает следующим образом. В трубопроводе 3 с подводящим А и отводящим 5 патрубками по торцам установлены друг против друга два ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователя 1 и 2, которые одновременно выполняют функции возбудителей и приемников ультразвуковых колебаний. Синхронизируемый автогенератор t вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов частотой 7f5 кГц. С помощью блока 13 задержки по переднему фронту этих импульсов формируется и задерживается на 2 МКС импульс длительностью 1 мкс, который подается на высоковольтный формирователь бис него на пьезоэлектрические преобразователи. Задержка на 2 МКС необходима для нормальной работы коммутаторов 7 и 8, которые с помощью блоков 9 и 10 управления коммутаторами запирают на время излучения ультразвуковых колебаний вход4ше цепи приемников. (1осле окончания излучения коммутаторы переключают преобразователи на прием, открывая входные цепи усилителей-формирователей 11 и 12.Пройдя по и против потока, ультразвуковые колебания выделяются пьезоэлектрическими преобразователями и через коммутаторы подаются на усилителиформирователи, которые усиливают и преобразуют высокочастотные колебания в пачки импульсов. Затем блоки 15 и 6 стробирования выделяют из пачек первые импульсы, одним из которых запускается синхронизируемый автогенератор, и процесс повторяется. Таким образом, организуется зам5918790

кнутая схема синхрокольца. Принятые и обработанные сигналы ультразвуковых преобразователей в виде импульсов поступают на блок 17 выделения разности времени задержки, с которой снимается последовательность импульсов длительностью Т Ti2 - Т, и периодом следования Т. Эта последовательность импульсов демодулируется фильтром 18 нижних частот, на выходе которого получается напряжение:и, и Затем это напряжение длительностью Тд с помощью формирователя 19 модулирующих импульсов, синхронизируемого с частотой 1/Т, модулируется модулятором 20 и затем вторично демодулируется фильтром, 21 нижних частот, на выходе которого получается напряжение: - %Т -1 1 1 Выражение (3) отличается от выра жения (1) тем, что в знаменателе; Т стоит вместо произведения Т . но ввиду того, что - разность т (j - Т МКС, а величины Т, и Т п порядка 133 мкс, погрешность от такой замены будет около 0,15%, что в большинстве случаев приемлимо.|сл расход жидкости изменяется во време ни, длительность импульса Т будет функцией времени, тогда: Масштабный усилитель (устройство умножения на постоянный коэффициент) 22 служит для приведения сигнала (3) к виду (О и для получени сигнала пропорционального массовому расходу.-. Использование предлагаемого ульт развукового расходомера для определ ния величины расхода жидкости п озволяет повысить точность измерения малых расходов жидкости и увеличить частотный диапазон при измерении быстропеременных расходов,

Формула изобретения Ультразвуковой расходомер для измерения малых расходов жидкости, содержащий трубопровод, два акустикоэлектронных канала, каждый из которых содержит обратимый электроакустический преобразователь, подключенный через коммутатор к усилителюформирователю и блоку управления коммутатором, а также импульсный автогенератор и формирователь импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении малых расходов, в устройство введены блок задержки и аналоговый вычислитель, состоящий из формирователя модулирующих импульсов и последовательно соединенных блока выделения разности времени задержки, первого демодулятора, -модулятора, второго демодулятора и масштабного усилителя, а в каждый акустико-электронный канал введен блок стробирования, включенный между усилителемформирователем и входом блока выделения разности времени задержки,причем вход импульсного автогенератора подключен к выходу блока стробирования второго канала, его выход подключен к входам блоков управления коммутаторами обоих каналов, а через блок задержки и формирователь импульсов - к электро-акустическим преобразователям, при этом формирователь модулирующих импульсов включен между выходом схемы стробирования первого канала и входом модулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Биргер Г.И. и Бражников Н.И. Ультразвуковые расходомеры. М., Металлургия, 19бА, с . 67. 2.Патент ФРГ № , кл, G 01 F 1/66, 1976 (прототип).