Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер Советский патент 1982 года по МПК G01F1/66 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ОДНОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

РАСХОДОМЕР

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений расхода жидких и газообразных сред в нефтегазодобывающей, химической, пищевой, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известен импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, основанный на измерении разности временных интервалов при распространении ультразвука по потоку и против него. Измерение осуществляется с помощью высокостабильного генератора, дискретными импульсами которого заполняются измеряемые временные промежутки. Подсчитанная счетчиком разность импульсов является мерой расхода 1.

Недостатком указанного расходомера является невысокая точность измерений, которая ограничивается как величиной единицы дискретного счета, т. е. периодом колебаний высокостабильного генератора, так и отсутствием поправок на изменения скорости

распространения ультразвука за счет непостоянства физико-химических параметров среды.

Наиболее близким к предлагаемому является одноканальный ультразвуковой

расходомер, содержащий два акустических преобразователя, расположенных на противоположных стенках трубопровода под углом к его оси и связанных через коммутатор с генератором зондирующих импульсов

5 и с последовательно соединенными усилителем, селектором, счетчиком импульсов, регистром памяти, блоком вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством 2.

Q Однако известное устройство обладает недостаточной точностью измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер вводят дешифратор состояний, делитель частоты, последовательно соединенные опорный генератор, формирователь, преобразователь временной интерваламплитуда, аналого-цифровой преобразова2Q тель и преобразователь кода, причем вход дешифратора состояний подключен к выходу делителя частоты, его выход подключен к входам коммутатора, регистра памяти, преобразователя временной интервал-амплитуда, счетчика импульсов, генератора зондирующих импульсов, выход которого подключен к селектору и к регистрирующему устройству, выходы опорного генератора подключены к входам делителя частоты и селектора, входы счетчика импульсов подключены к старшим разрядам регистра памяти, а его младший разряд подключен к выходу преобразователя кода, при этом выход усилителя подключен к входу формирователя. На фиг. I представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы. Расходомер содержит последовательно соединенные опорный генератор 1, делитель 2 частоты, дешифратор 3 состояний, генератор 4 зондирующих импульсов, коммутатор 5, который имеет связь с дешифратором 3 состояний, преобразователями 6 и 7 и усилителем 8, к выходу которого последовательно подсоединены селектор 9, счетчик 10 импульсов, регистр 11 памяти, блок 12 вычисления разности обратных величин, регистрирующее устройство 13. Расходомер также содержит последовательно соединенные формирователь 14 интервальных импульсов, преобразователь 15 временной интервал-амплитуда, аналого-цифровой преобразователь 16 и преобразователь 17 кода. Расходомер работает следующим образом. Опорный генератор 1 генерирует высокостабильные импульсы частотой f (фиг. 2а), которые делятся до частоты тактовых импульсов в делителе 2 частоты и подаются на дешифратор 3 состояний, с помощью которого осуществляется синхронизация работы расходомера в целом. По первому тактовому импульсу, поступившему На вход генератора 4 зондирующих импульсов, генерируется возбуждающий импульс, который через коммутатор 5 подается, например, на излучающий преобразователь б (фиг. 26). Одновременно на селектор 9 с генератора 4 зондирующих импульсов подается стартовый импульс, по которому селектор 9 начинает пропускать импульсы опорного генератора 1 На вход счетчика 10 импульсов. Акустический сигнал, излученный преобразователем 6, пройдя по току контролируемую среду за время Тр под углом ot к оси трубопровода, преобразуется в приемном преобразователе 7 в электрический сигнал (фиг. 2в) и через коммутатор 5, усилитель 8 поступает на селектор 9, который срабатывает и прерывает поступление импульсов опорного генератора I на счетчик 10 импульсов (фиг. 2г). Одновременно с закрытием селектора 9 запускается формирователь 14 интервальных импульсов, формирующий дополнительный временной интервал (фиг. 2 д) от момента прихода информационного импульса, соответствующего принятому ультразвуковому сигналу, до момента поступ ления ближайщего импульса из непрерывной последовательности, генерируемой опорным генератором 1, т.е. в пределах tg -дополнительный временной интервал; - частота опорного генератора. Сформированный временной интервал t преобразуется в преобразователе 15 временной интервал-амплитуда в Напряжение, уровень которого хранится на накопительной емкости преобразователя временной интервал-амплитуда (фиг. 2е). Для снижения требований, предъявляемых к аналого-цифровому преобразователю 16 по скорости преобразования, время хранения напряжения на накопительной емкости преобразователя 15 выбрано достаточно большим (фиг. 2 е). Для этого связь накопительной емкости с аналого-цифровым преобразователем 16 осуществляется с помощью истокового повторителя, имеющего большое входное сопротивление и также входящего в состав преобразователя 15 временной интервал-амплитуда. В конце каждого цикла измерений предусмотрен принудительный разряд накопительной емкости, что достигается подачей кратковременного разрядного импульса (фиг. 2 ж) с дещифратора 3 состояний на разрядную цепь преобразователя 15 временной интервал-амплитуда. Аналого-цифровой преобразователь формирует код, пропорциональный преобразованному временному интервалу, однако преобразованный временной интервал является не искомым, а дополняющим искомый до временного интервала единичного значения дискретного счета, т. е. до величины t + tg ; ; где t - искомый временной интервал. Поскольку период импульсов дискретного счета строго постоянен и равен диапазону преобразования аналого-цифрового преобразователя 16, то искомое кодовое значение временного интервала равно m к - п, где гп - кодовое значение искомого временного интервала; к - max кодовое значение диапазона преобразования; п - текущее кодовое значение аналого-цифрового преобразователя. Указанное преобразование осуществляется в преобразователе 17 кода, преобразующего п значений К разрядного кода в m дополняющих значений К разрядного кода. Кодовое значение временного интервала с преобразователя 17 кода поступает на входы младщих разрядов регистра 11 памяти одновременно с кодовыми значениями счетчика 10, входы которого подключены к старшим разрядам регистра 11 памяти. После окончания записи счетчик 10 сбрасывается в ноль тактовым импульсом, поступающим с дещифратора 3 состояний, что необходимо для обеспечения готовности к следующему циклу измерений, при котором возбуждающий импульс генератора 4 зондирующих импульсов через коммутатор 5 подается уже на преобразователь 7.

В этом случае акустический сигнал распространяется против потока под углом к оси трубопровода. Прошедший контролируемую среду акустический сигнал преобразуется в преобразователе б в электрический сигнал, затем через коммутатор 5 и усилитель 8 подается на селектор 9. Измерение времени распространения ультразвука с интервалом дискретности 4- и преобразование дополнительного временного интервала производится в описанной выше последовательности. . В этом случае в регистр 11 памяти заносится полная информация о времени распространения и ультразвука против потока среды. После занесения информации в регистр 11 памяти посредством дешифратора 3 состояний цикл измерений повторяется.

Записанные в регистре 11 памяти значения измеренного временного интервала обрабатываются в блоке 12 вычисления разности о(5ратНых величин, реализующем

функцию Y )Гп-г п - ™кушее значение регистра памяти, соответствующее времени распространения ультразвука по потоку среды или против него.

Взятие обратных величин от измеренных временных интервалов при распространении ультразвука по потоку и против него позволяет избавиться от необходимости введения трудноопределимой поправки на квадрат скорости распространения ультразвука в контролируемой среде, а принятый алгоритм работы блока 12 вычисления разности обратных величин позволяет регистрировать расход по каждому значению временного интервала, поступившему в регистр 11 памяти.

Регистрирующее устройство 13 осредняет результаты измерений и выдает на своем выходе информацию в соответствуюших единицах скорости потока или расхода среды. Учет направления скорости потока достигается с помощью сигналов, поступающих с дешифратора 3 состояний.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений, а также расширить область применения ультразвуковых расходомеров.

Формула изобретения

Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два акустических преобразователя, расположенных На противоположных стенках трубопровода под углом к его оси и связанных через коммутатор с генератором зондирующих импульсов и с последовательно соединенными усилителем, селектором, счетчиком импульсов,

5 регистром памяти, блоком вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством отличающийся7ем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены дешифратор состояний, делитель частоты, а также последовательно соединенные

опорный генератор, формирователь, преобразователь временной интервал-амплитуда, аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кода, причем вход дешифратора состояний подключен к выходу делителя

J частоты, его выход подключен к входам коммутатора, регистра памяти, преобразования временной интервал-амплитуда, счетчика импульсов, генератора зондирующих импульсов, выход которого подключен к селектору, и к регистрирующему устройству, выходы

0 опорного генератора подключены к входам делителя частоты и селектора, выходы счетчика импульсов подключены к старщим разрядам регистра памяти, а его младший разряд подключен -к выходу преобразователя, кода, при этом выход усилителя подключен к входу формирователя.

Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии № 52-45511, кл. 111 А 132, 1977.

Фиг. 1