Ультразвуковой расходомер Советский патент 1982 года по МПК G01F1/66 

(5) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

I

Изобретение относится к приборостроению, в частности к технике измерения расхода жидких сред.

Известны ультразвуковые частотно-временные расходомеры, основанные на поддержании постоянным отношения времени прохождения ультразвукового импульса по потоку и против него к периоду следования импульсов соответствующего генератора. Расходомеры содержат два управляемых импульсных генератора, соединенных через ключи с пьезопреобразователями,схему управления частотой и измеритель разности частот till.

Недостатком расходомеров является низкая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой одноканальный расходомер, содержащий два управляемых генератора, выходы которых соединены с измерителем разности частот и входами первого ключа, выход которого через ;

триггер, формирователь зондирующих импульсов, второй ключ, соединен с входами обратимых преобразователей, а затем через третий ключ, усилительформирователь, временной селектор четвертый ключ и интеграторы - с управляющими входами генераторов. Кроме того, устройство содержит коммутатор, управляющий входами ключей 2.

Номинальная статическая характеристика ультразвукового частотно-временного расходомера имеет вид: 2т f 2t3-C

-) V,

(1Ci)

F L

15

где F - выходная частота расходомера;

L - длина базы акустического канала ;

m - коэффициент деления делителя частоты управляемых генераторов;

С - скорость распространения ультразвуковой волны в измеряемой жидкости; V - осредненная по длине акустического канала скорость потока; время задержки в блоках, мембранах и карманах расходомера В условиях эксплуатации скорость ультразвука (С) может отличаться по каким-либо причинам от градуировочног Значения, что обуславливает изменение статической характеристики - 2m f - (1 дС) V (2) Как видно из (2) наличие члена дС вызывает увеличение погрешности измерения 2. Недостатком известного расходомера является низкая точность измерения из-за зависимости измеряемого параметра от измеряемой жидкости. Цель изобретения - повышение точности измерения расхода. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено делителем, четырьмя дешифраторами ипреобразователем период-время, причем входы дешифраторов через делитель подключены к выходу первого ключа, выход первого дешифратора через преобразователь период-время подключен ко входу формирователя зондирующих импульсов, выходы второго и третьего дешифраторов подключены к входам триггера, а выход четвертого дешифратора подключен к входу коммутатора и установочному входу делителя. На фиг. 1 представлена блок-схема расходомера; на фиг. 2 - временные диаграммы. Расходомер содержит два управляемых генератора 1 н 2, соединенных через первый 3 и второй А ключи с пьезопреобразователями 5 и 6. Схема управления частотой генераторов выполнена в виде триггера 7 со счетным вхо ,дом и временного селектора 8, измерительный вход которого через третий ключ 9 соединен с пьезопреобразователями, а выходы - через четвертый ключ 10 и интеграторы 11 и 12 подключены к генераторам 1 и 2. Устройство содержит также формирователь-13 зонди рующих импульсов, усилитель-формирова тель 1 принятых сигналов, измеритель 15 разности частот и коммутирующее , устройство 16. Кроме того, в состав расходомера входят делитель 17, дешиф раторы 18-21, а также преобразовател период-время 22. Устройство работает следующим образом . Сигналом коммутатора (фиг, 2 эпюра а) осуществляется коммутация ключей (3, и 10), обеспечивающая измерение в одном направлении, например по потоку. Импульсы генератора 1 через ключ подаются в регистр 17, который в исходном состоянии сброшен на нуль (фиг. 26), при достижении кода К дешифратор 18 выдает сигнал на преобразователь 22 (фиг. 2,г), который через определенное время формирует сигнал (фиг, 2,д). Последний через формирователь импульсов возбуждения 13 и ключ 4 подается на пьезопреобразователь 5. После прохождения через измеряемую жидкость принятый сигнал (фиг. 2,к)через ключ 9 подается на усилитель-формирователь 14 и дальше на вход временного селектора 8 в качестве измерительного сигнала. Опорным сигналом селектора служат импульсы триггера 7 (фиг. 2, и), которые формируют следующим образом. После достижения кода 1 в регистре дешифратор 19 сигнал (фиг. 22, д) на изменение состояния триггера 7 (фиг.2,и), а после достижения кода го сигнал дешифратора 20 (фиг. 2,в) перебрасыва-. ет триггер в исходное состояние (фиг. 2,и). Перепад напряжения,получаемый с триггера служит опорным сигналом для селектора 8, Описанный выше процесс в режиме излучения по потоку выполняется один раз, так как такой принцип действия расходомера (формирование только одного ультразвукового 1мпульса в измеряемой жидкости в каждом режиме излучения) сокращает время измерения расходомера, что обуславливает уменьшение его погрешности за счет флуктуации физических свойств измеряемой жидкости. Использвание в предлагаемом устройстве одного делителя с несколькими дешифраторами упрощает его функциональную схему и конструкцию в сравнении с использованием нескольких параллельно действующих делителей. Сигнал управления, поступающий на вход интегратора 12, зависит от временного положения опорного и измерительного сигналов селектора. Управление периодом следования импульсов (Т) генератора Рвыходным напряжением интегратора осуществляется до выполнения условия t 1 (m - 1)Тр .,. 1- L 1 С + V где Т-1 - период следования импульсов генератора 1. При достижении в регистре кода п дешифратор 21 выдает сигнал (фиг.2,ж) на коммутирующее устройство 16 для пе10

реключения направления излучения и положений ключей 3, 9 и 10 (фиг. 2,а) и на регистр 17 для сброса его на нуль.

При работе в режиме излучения против потока период следования импульсов генератора 2 изменяется до выполнения условия

tn (m - 1)1,; t, L(4)

1 С - V где Tn - период следования импульсов,

генератора 2. Измеритель 15 разности частот выделяет разностную частоту генератора 1 25 Р - - 2(т - 1) ,г . Т Т7 - 1 1 Как видно, выражение (5) отличается от (1) отсутствием члена т.е. показания предлагаемого устройства не будут зависить от изменения скорости ультразвуковой волны относительно ее градуированного значения, что приводит к повышению точности измерения расхода. Таким образом, повышение точности измерения осуществляется за счет введения в расходомер преобразователя 22 параметры которого выбираются таким о разом, что зондирующий импульс формирователя 13 опережает момент смены со тояния триггера 7 всегда на одну и ту же величину, равную суммарному времени задержки ультразвуковых колебаний в электроннь1х блоках, мембранах,и кар манал акустических головок расходомера (t). Величина t для каждого экземпляра расходомера может быть определена с большой точностью, в условиях эксплуатации она остается практически постоянной. Назначение и принцип действия преобразователя 22 определяются из его функционального назначения, которое заключается в выработке импульса через стабильное время t после получе93225

ва криогенных сред и жидких металлов, так как оно сохраняет свои характеристики, определенные при градуировке, например на воде.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий два управляемых генератора, выходы которых соединены с измерителем разности частот и входами первого ключа, последовательно соединенные формирователь зондирующих импульсов. 06 ния сигнала с делителя 17. Величина данного времени t связана с периодом следования импульсов генераторов 1 и 2 выражениями t (1 - K)T-j - t з в режиме излучения по потоку (6); t (1 - K) tjB режиме излучения против потока (7). Предлагаемое устройство может найти широкое применение для измерения с большой точностью расхода и количествторой ключ, два обратимых электроакустических преобразователя, третий ключ, усилитель-формирователь, временной селектор, четвертый ключ, выходы которого через первый и второй интеграторы подключены к входам управляемых генераторов, триггер, выход которого соединен с входом временного селектора, и коммутатор, соединенный с управляющими входами четырех ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство снабжено делителем четырьмя дешифраторами и преобразователям период-время, причем входы дешифратоР° делитель подключены к первого ключа, выход первого де шифратора через преобразователь период-время подключен к входу формирователя зондирующих импульсов, вы второго и третьего дешифраторов подключены к входам триггера, а выход четвертого дешифратора подключен к входу коммутатора и установочному входу делителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 16233, кл. G 01 F 1/66, 1962. 2.Авторское свидетельство СССР №523285, кл. G 01 F 1/66, 197 (прототип;) .

Фиг.1

н t

/77/7

f t