Ультразвуковой расходомер

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, а также формирователь управляющих импульсов, входы которого подключены к выходам счетчика , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности измерения, в него введены двухканальная схема стробирования, каждый канал которой состоит из последовательно соединенных одновибратора, формирователя стрббимпульса, ключа и усилителя , а также оперативное запоминающее устройство, компаратор, две схемы И, триггер и генератор импульсов заполнения, причем входы обоих каналов схемы стробирования подключены к выходу формирователя управляющих импульсов, а выходы - к первому и второму входам оперативного запоминающего устройства, третий и четвертый входы которого подключены к выходам формирователя управляющих импульсов, а ВЫХОДЫ - к входам компаратора и первому входу первой схемы И, второй вход которой подключен к выходу формирователя управляющих импульсов,, jg выход компаратора подключен к первому входу триггера, второй вход котогЛ рого подключен к выходу первой схемы 1Л, к пятому входу оперативного запоминающего устройства, выход триггера подключен к первому входу второй схемы И, второй вход которой подключен к генератору импульсов заполнения, при этом вторые входы ключей двухканальной схемы стробирования подключены к выходам коммутатора. IND 0

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) G.01 F 1 66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3300739/18-10 (22) 12.06.81 (46) 23.06.83 ° Бюл. 9 23 (72) Л.Н.Шутенко, М.С.Золотов, В.Г.Корольков, В.Я.Самокиш и A.ß.Áðàöóí (71) Харьковский институт. инженеров коммунального строительства (53) 681.121(088.8) (56) 1. Патент CWA Р 626352, кл. G 01 F 1/66, 1978.

2. Заявка Японии М 54-43066, кл. G 01 F 1/66, 1979 (прототип)(54) (57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, уста« новленных на противоположных стен» ках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, а также формирователь управляющих импульсов, входи которого подключены к выходам счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности измерения, в него введены двухканальная схема стробирования, каждый канал кото.рой состоит иэ последовательно соеÄÄSUÄÄ1024726 A диненных одновибратора, формирователя стробимпульса, ключа и усили- . теля, а также оперативное запоминаю щее устройство, компаратор, две схемы И, триггер и генератор импульсов заполнения, причем входы обоих каналов схемы стробирования подключены к выходу формирователя управляющих импульсов, а выходы — к первому и второму входам оперативного запоминающего устройства, третий и четвертый входы которого подключены к выходам формирователя управляющих импульсов, а выходы — к входам компаратора и— первому входу первой схемы И, второй вход которой подключен к выходу формирователя управляющих импульсов,, @

Ф выход компаратора подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первой схемы И, и пятому входу оперативного запоминающего устройства, выход триггера подключен к первому входу Я второй схемы И, второй вход которой подключен к генератору импульсов заполнения, при этом вторые входы (, . ) ключей двухканальной схемы стробирования подключены к выходам коммутатора.

1024726

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для измерения расхода жидкости ультразвуковым методом.

Известен ультразвуковой- расходомер, содержащий акустический преобразователь с двумя пьезоэлементами, два генератора импульсов, триггер, генератор запуска, схему ИЛИ,изме;ритель временных интервалов и линию задержки, в основу измерения расхода которого положен принцип измерения временной разности pt, прохождения импульсов по потоку.и против него, увеличенной в и раз за счет проведения п таких измерений 1).

Недостатком таких расходомеров является низкая достоверность измерения из-эа временного сдвига или срыва установившихся автоциркуляций импульсов по потоку и против него, вносимых помехами, принимаемых усилителями и незащищенных от случайных сигналов входов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на про-. тивоположных стенках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, формирователь управляющих импульсов, подключенный к счетчику,. вычислитель ное и региструющее устройства (2)

Недостатком известного устройства является низкая достоверность из мерения эа счет того, что вычислительная схема не имеет защиты от приема помех в течение всей длительности периодов автоциркуляции, а также недостаточное быстродействие измерений.

Целью изобретения является повышение быстродействия и достоверности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, установленных на противоположных стенках трубопровода и подключенных через коммутатор к генератору импульсов и счетчику, а также формирователь управляющих импульсов, входы которого подключены к выходам счетчика, дополнительно снабжен двухканальной схемой стробирования, каждый канал которой состоит из последовательно соединенных одновибратора, формирователя стробимпульса, ключа и усилителя. а также оперативным запоминающим устройством, компаратором, двумя схемами:И, триггером и генератором импульсов заполнения, причем входы обоих каналов схемы стробирования подключены к вы

Ультразвуковой расходомер работает, следующим образом..

В режиме Измерение с выхода генератора 4 через коммутатор 5 кратковременные импульсы с частотой посылки f возбуждают электроакустические преобразователи 2 и 3,осуществляющие одновременную встречную посылку ультразвуковых (УЗ) сигналов и раздельный их прием. С помощью счетчика 6 подсчитывается Il встречно-посланных сигналов и выдаются импульсы начала посылки УЗ волн и и-е .импульсы окончания каждого под- счета и встречно посланных сигналов, которые с выхода формирователя 7 управляющих импульсов поступают в двухканальную схему 8 стробирова; ния и оперативное запоминающее устройство 17 (ОЗУ) . ходу формирователя управляющих импульсов, а выходы — к первому и второму входам оперативного запоминающего усгройства, третий и четвертый входы которого подключены к

5 выходам формирователя управляющих импульсов, а выходы — к входам компаратора и первому входу первой схемы И, второй вход которой подключен к выходу формирователя управляющих !

О импульсов, выход компаратора подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первой схемы И, и пятому вхо)ду оперативного запоминающего уст15 ройства, выход триггера подключен к первому входу, второй схемы И, второй вход которой подключен к генератору импульсов заполнения, при этом вторые входы ключей двухканальной схеьы стробирования подключены к выходам коммутатора.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового расходомера1 на фиг. 2 — временные диаграммы накопления ячейками. оперативного запоминающего устройства потенциалов при .отсутствии потока (фиг. 2а) и при наличии потока (фиг. 2б).

Ультразвуковой расходомер содержит акустический датчик 1 с двумя обратимыми электроакустическими преобразователями 2 и 3, генератор 4 импульсов, .коммутатор 5, счетчик 6, формирователь 7 управляющих импуль- . сов, двухканальную схему 8 строби35 рования, состоящую из одновибраторов

9 и 10, формирователей ll и 12 стробимпульсов, ключей 13 и 14, усилителей 15 и. 16, а также оперативное запоминающее устройство. 17, компара40 тор 18„ первую схему И 19, триггер 20, генератор 21 импульсов заполнения и вторую схему И 22.Оперативное запоминающее устройство состоит из четырех ячеек 23 — 26, вклю45 ченных попарно.

1024726

Всегда в процессе функционирования ОЗУ 17 две ячейки в заданном временном интервале, определяемом между двумя и-ми импульсами,находятся в режиме накопления и запоми- нания потенциалов, а две ячейки— в режиме уравнивания ранее накоплен. ных ими потенциалов с последующим сбросом последних до исходного уровня. Сброс осуществляется импульсом с выхода компаратора 18.

В момент принятия схемой режима Измерение" импульс начала посылки УЗ волн с выхода формирователя.7 управляющих импульсов поступает ма третий вход ОЗУ 17 и переводит две парные ячейки, например 23 и 24, в режим накопления.по .тенциалов., Одновременно он подает ся на одновибраторы 9 и 10 двухка- . нальной схемы 8 стробирования, на выходах которых формируются временные интервалы

15

20 с . и

sins (C-Ч„„„„ созе )

sin О((С+ пц, cosC,)

t it< с 2 где t< — время распространения УЗ сигналом базы измерения 30 в отсутствие потока; время распространения.УЗ счгналом базы измерения

ПРИ Чящ„ПРОтИВ ПОтОКа1 — время распространения УЗ 35 сигналом базы измерения при Ч „к„„.по потоку; база измерения1, угол расположения базовой линии относительно оси трубопроводау скорость распространения УЗ сигналов в жидкости; максимальная скорость по- 45 тока;

si web

В течение временного интервала t с выхода формирователя 11 стробируюе.щих импульсов закрыт электронный ключ 13, а в течение временного ин тервала t с выхода формирователя стробируюших импульсов закрыт электронный ключ,14.

По истечении времени t что соответствует моменту возможного прихода УЗ сигнала на электроакустический .преобразователь 2, посланного электроакустическим преобразователем 3, с выхода.одновибратора. 9 задним числом задержанного импульса 60 запускается формирователь 11 строби рующих импульсов, вырабатывающий стробирующий импульс длительностью

t -t< =atg, которым электронный ключ

13 устанавливается в режим проводимости для передачи преобразованного сигнала на вход усилителя 15, а по истечении времени tg, соответствующего моменту возможного прихода ультразвукового сигнала на электроакустический преобразователь

3, посланного электроакустическим преобразователем 2, с выхода одновибратора. 10 задним фронтом задержанного импульса запускается формирователь 12 стробирующих импульсов, вырабатывающий стробирующий импульс длительностью t -t3=ht которым электронный ключ 14 устанавливается в режим проводимости для передачи преобразованного сигнала на вход усилителя 16.

Импульс с выхода усилителя 1б переводит ячейку 24 ОЗУ 17 в режим хранения потенциала д02, накопленного ячейкой за временной интери вал с, а импульс с выхода усилителя 15 — ячейку 23 в режим хранения потенциалад0л, накопленного ячейкой .за временной интервал 2(фиг.2б), где" — временной интервал прохождения УЗ сигналом базы измерения по потоку; а 1 - временной интервал прохождения УЗ сигналом базы измерения против потока.

Всегда при заданном диаметре л трубопровода ь,и л, не выходят за пределы значений соответственно

С(.и tÚ/ (и Е2 + "3 t ) 2 7 1 Д. 2 2> л Д 2 1

Это является необходимым и достаточным условием приема по потоку

УЗ сигналов,, преобразованных электроакустическим преобразователем 3, в моменты действия.на первом входе электронного ключа 14 стробирующего импУльса Длительностью dt s,а пРо- тив потока вЂ, сигналов преобразован-. ных электроакустическим преобразователем 2, в моменты действия .на первом входе электронного ключа 13 стробирующих импульсов длительностью . д 1 °

За и временных интервалов с„и 2, что соответствует количеству посланных в акустический тракт и принятых электроакустическими преобразователями УЗ сигналов .в интервале между двумя и-ми импульсами окончания под счета ячейка 23, например, накапливает потенциал Uq а ячейка 24— потенциал 02(фиг. 2б), при этом один потенциал приложен к одному, другой — к другому входам компара- ° тора 18.

Если в трубопроводе отсутствует

ПОТОКР TO L3 l (,2 °

Соответственно за равные временные интервалы ячейки 23 и 24 ОЗУ

17 накапливают равныедБ =dU<потенциалы, За и временных интервалов

1024726

<.<и 2потенциалы ячеек достигают уров ней

gU< n=U

2 при .этом U =Ц,,, hi =0 (фиг. 2а) .

При наличии потока в принятом налравлении всегда 2 с<.Соответственно потенциал дU накопленный ячейкой 23 за временной интервал 1, больше потенциала gU<, накопленного ячейкой 24 за временной интервал (фиг. 2б), т.е. 1П(02

Тогда d U - hUg - Ц1

За п временных интервалов сg ячейка 23 накапливает потенциал

ЬП„n=U,à за и временных интерва- лов с< ячейка 24 накапливает потенциал

$ U2 n=U2 при аТоМ АБ * n >6U2

bU„n- 1П2 n=hU n п-ый.импульс окончания подсчета счетчика 6 с выхода формирователя 7 управляющих импульсов устанавливает по четвертому входу ОЗУ его ячейку

23 в режим понижения потенциала до уровня потенциала, накопленного ячей кой 24, ячейки 25, 26 — в режим накопления потенциалов, задает передним фронтом, с выхода ОЗУ 17 уровень Разрешение на одном из входов первого элемента И 19, а через другой вход последнего устанавливает триггер 20 в единичное состояние, С выхода триггера 20 на одном из входов элемента И 22 появляется уровень Разрешение, и импульсы генератора 21 заполнения поступают на его выход.

По истечении времени.ÜI.с момента поступления на четвертый вход ОЗУ

17 и-го импульса счетчика 6 потенциал Uq ячейки 23 достигает уровня потенциала (11ячейки 24, в результате чего компаратор 18 и гдает импульс, который с era выхода задает через

% пятый вход ОЭУ 17 на одном иэ входов элемента И 19 уровень Запрещение, устанавливает ячейки 23 и

24 в режим сброса имеющихся потенциал. лов до исходного уровня, переводит триггер 20 в нулевое состояние. С единичного выхода триггера 20 на одном из входов второго элемента И

22 появляется уровень Запрещение в результате чего прекращается поступление импульсов генератора 21 на информационный выход этого элемента И.

Чем больше скорость потока, тем больше разность Ug -U2 — — д U- и и

15 соответственно больше длительность временного интервала d, пропорционального измеряемой величине расхода, в течение которого импульсы генератора 21 заполнения проходят д на информационный выход элемента

И 22.

Данный ультразвуковой расходомер позволяет повысить достоверность результатов измерения расхода потока жидкой среды, обладает повышеной устойчивостью к воздействию помех эа счет временной защиты входов приемных усилителей от воздействия посторонних преобразованных в электрические ультразвуковых сигналов. Кроме того, введенный в расходомере принцип одновременного дискретного накопления потенциалов в двух парных ячейках за период между

35 двумя п-ми импульсами с последующим доведением накопленного потенциала одной ячейкой до уровня потенциала, накопленного другой ячейкой, например, понижение одной из них, позволяет варьировать в широких

40 пределах длительностью интервала, являющегося мерой расхода. !

Для изготовления расходомера пригодна. элементная база широкого применения, а конструкция имеет блочную разъемную компановку,что упрощает его изготовление и обслуживание в производственных условиях.

1024726

10 247 26

Составитель Н.ЕГурбело

Редактор Т,КУгрышева Техред О. Неце Корректор р.Нилак

Заказ 4379/36 Тираж б43 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений H открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектйая, 4;

Ультразвуковой расходомер Ультразвуковой расходомер Ультразвуковой расходомер Ультразвуковой расходомер Ультразвуковой расходомер Ультразвуковой расходомер 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано для измерения расхода звукопроводящих жидких сред в различных отраслях народного хозяйства, в частности для контроля и учета мгновенного и накопленного расходов теплоносителя и тепла в магистралях систем водо- и теплоснабжения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкой среды и скорости потока в магистральных трубопроводах

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерительным приборам, выполняющим измерение расхода жидкости с помощью ультразвука

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отраслях народного хозяйства для коммерческого учета расхода и объема нефтепродуктов и других жидкостей

Изобретение относится к области измерения расхода и может быть использовано для измерения расхода газообразных и жидких веществ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в химической, нефтехимической и других областях промышленности, а также в системах тепло- и водоснабжения для точного измерения расхода текучей среды, преимущественно жидкости, протекающей в трубопроводах
Наверх