Ультразвуковой частотно-импульсный расходомер

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТНОИМПУЛЬСНЫЙ РАСХОДОМЕР ПО авт. СВ. 602791, о т л и ч а ю щ и fl с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен второй схемой запрета и времязадающим устройством, причем первый вход времязадающего устройства подключен к выходу второго запоминающего элемента, второй его вход подключен к выходу первого запоминающего элемента, а выход - в установочному входу второго запоминающего элемента и первому входу второй схемы запрета, второй вход которой подключен к выходу управляе гаго автогенератора запускающих импульсов, а выход - к первому входу схемы поиска и фазовой автоподстройки. Л

ф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х ф РЕСПУБЛИН

3(51) и 01 Е 1/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 802791 (21) 3498399/18-10 (2 2) 05 ° 10. 82 (46) 07.11.83. Бюл, 9 41 (7 2) В.В.Смышляев, Л.В.Волков и Э.A.Ýàëåññêèé (53) 681. 1 21 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 802791, кл. Q 01 F 1/бб, 1977 (прототип), (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТНОИМПУЛЬСНЫЙ РАСХОДОМЕР по авт. св.

9 802791, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повыаения точности

„„SU» 1052872 A измерений, он снабжен второй схемой запрета и времяэадающим устройством, причем первый вход времязадающего устройства подключен к выходу второ; го запоминающего элемента1 второй его вход подключен к выходу первого запоминающего элемента, а выход - н установочному входу второго запоминающего элемента и первому входу второй схемы запрета, второй вход которой подключен к выходу управляе.

Изот>()»Р ((=ние (! òíi и <.° ?! к !»ВГ» t:l»! i ° Il:.

Най т»ЕXfi» ННЮ

CKQPO(. 7 И И Pd С ХОДс» В ЕЩ(» (T!r (I I r )Г I(>!I, ЬЮ уль тра зву. :а, и может быть и с:t»oí(,:»< ВаНО В КРИОГЕН! Ой тЕХН?»КЕ, К.»f»rè!È: а!»ИИ. мелиорации, нефтяной, хими »еско»», металлургической и других о граслях п ромь»(!» я е и н о с-. т и .

По основному авт, с.в. »»» 80 27с» l известен у(»ыт)азвуковой»астотно — импульсный расходомер содержа»ц» и по крайней»ко> ьцо, сос тоя!цее из последовательно с<)един . ?!— ных усилителя — формирс.вателя» схемы запрета, формироватегя имг,ульсoB в(3— буждения и акус тиче" ко(.о преобра:» >Bd — —:., 5 теля, и и эмери тельный I7>tc>K, Itp?» э том к кажгому с»инхрокст»ьцу подк IKI »(ни

УГ:РаВЛЯЕМЫй d B TOI ЕЧ ЕPd TQP -) ВГ»УС:<ВЮЩНХ импульсов, схема И,:PpBBTA за! I > .Н»»акти:i» A С»Л ЕМСЕ !» Т <»Х ЕМа ) 1 с>И С К а И,»>а 3<) ?»; Н -рр а в топод стройки, вых(зд которо»! с:) <влив нен с Входом уп равпяемого автогенератора запускающих и »пульсoB выход которого подключен к входам измеp»»тельного блока, первого заг:оминаю!цего зла-х< мента, синхровходу В торогo запомина!с— щего элемен та и <.хемы И, другой Вход которой соединен с Выходом пеpeoго запоминающего элемента, а выход — с входами форми рова -.ел я имйул»- с)ов возбужденияя !» ".xeMiI лап рет» Выход KOTQ—

ЗО рой подклю »ен к другому входу за:(оминающего згемен та, Выход последнего соединен с в торым входом схемы !«)»»с к а и фазовой автОПОдст00 !KH и Вх:)г(-м в То

2С

РОГО ЭаПОМИНа?ВЩЕГO З;IPM(»Н тат ВЫХОД которо г0 соеди н ен " р-: 3 (:ешающим:- ходом измерительного блока.

Б ИЭВЕСТНОМ РаСХОДОМЕРЕ ОСУЩЕ<.TBS:Я— ется контроль грохожден!»я каждого им—

ПУЛЬСа ЧЕРЕЗ КОНТРОЛИРУЕМУЮ <=РЕДУ< а в случае пропадания хотя бы здногo иэ них прекращается petистрация pe— зуль татов измерений, Бо< становление работы pdcxoJ»oìåpd осуществляется с помощью ав то ген ера тора за»;ус к ающи х 45 импульсов, связанного по частоте и фа ЭЕ С ИМ 1 т Л Ь С:аМИ СИ т) Х рО КОЛ I I i d . Ьди а" ко, ес —:è расходомер не восс Taf)QB?»л сВо»0 работу от первого импульса с вьв<ода автогенератора, то прибор еeреходит в режим поиска. B этом режиме

ЧаотОта cIB тОГЕНЕРа тОРа ".ЕРЕСтРанэа"ется по пилоооразному закон во всем диапазоне возможных изменений периода следо†àíè,ÿ импульсов автсг »: циркуля»(ии синхрокольца, 1 ), Однако Boзникают нарушения акустического канала иэ-за наличия и»»ородньп< вклю Ie?! Нй в кон троп»-;руемой среде. Бремя распространения ультразвукового сигнала В контролируемой среде мало (даже в трубах диаметром один метр — это Величина порядка

ОД<1 ОЙ милл-»се к Ун71ьi ) ПО э тОм 1! P реальных скорсстях .»отоков первые восстана зли г ающи е импул -.Cû .-. Вых(>да у

d»» Т(. .ГСНС»рс» То(>» tf

Можпт В >С.C Тс)НОВИ Tb .80!0 IJ» . С Гс» . ll<)—

»»» )K(»аН!» И»(ПI 3 )а»» Гг тт»ЫВ T> !»»(»

:»<У ГО К B .)el»»e »?» B T e » e f)»»Е .(. I.(ir;C I.G

НЕ Ir H It РОИЭВС)Д;,» —,. b „.- »»,»,P -,(»сr т Я

;»рн.-одит к дополнит(.и.-.:.- .»: Ог,-ulffoc

L„e).(-т!(»0(()РI Е(тня — т C) IiiieНИЕ тс: )нос:-ги и=,мерений и ас, i«oåeèe

Об.)ВС Т„: .Т()К»ГИ(НЕН? Н pc»r »t()i!CI)»1 (! GC. ТВВ»т:»На Я и"-.:.:-. ДОС7» Га(.<.Я

T(»Ì, Ч"."0 уь(rт()с»ЗВ ",?, GFC)I3 ЧВС Отi)Q— импульсiif!A ра(.xoJIомер ";. »бже(- вто— ()с)й::K<.«ой -dtl!. e

УС:тРОИ: ТЗ О»-:, ПРИт.-: —..t 1! ePB((й ВХСД

Время.I 7!Нюше О )c " »>oAcтв:» .";,,гключе»?»

К П Ь)> > .! . В T >PÎ О . : .1ОМ»т Н с»К:1! PI 3Л е меfi (л., В:Орой его !:ход и >дк — f(.".ef» к

EiiXс>(Г, ПЕ»i?; 01 0 —; Г;,XAII а?c; г; 1 PMet»â€”

Р топ >) ":,.»! <. .;„, на?> Tò o -т T (>Г.»ен 1 н : хоту Вт-:)р<;и схемы ) =«:ðåòà, В 7 ° )>С, ; В)(<тП << С>» О ой тст»т(I!»CIT. Е?» ВЫ

XGJi, „ I Ра. 7 F ЕМО: Ст с» В: 01 PI! Роет QPc» 3 с»

ii т Ка?П(цнх, ИМт)уЛЬ(а Br»X »-, — K (ep.

Ному Входу схемы поиска и фа=. >Вой автo(!07t(: TPQAKИ .

» =. фн 1:,ÎÊc» Э=i f»d . Л()К вЂ” - . т»с) ()а Х ОД :>М 0(>а С ОД»Н Ai С И ?» X Por(0.

На фИГ,. d »!Añ )cuf»!ÌÛ Hd!!P "же тiir» На от;(ель? ь(х ;:э. ах с > (ì

,т 7 —,O .:<) .ТН O C ОД (Г 0>t(»» r -1! !»: »-.;-;,< Ол», I!» <.)

CCi(: ГОЯ!ЦС)С:.,-."-, ПОСт»ЕЭОВаТЕ>(Ь!»О СОЕДИи е:-. и ых d K у с т и ч е с к о 0 (. р е < >б рь» 3 свате— л F. 1 с и»= еэоз 1емсн . ами < . - . <, фс".мире>?Тата я 4 ИМ-.уЛЬ.="С.: =:- . у.-:: reuAK, ус или тел.-.-форми)ос;ьа= ел я,: i-сов сй

CX 2МЫ »с;.< PТа . а ТВКжЕ »» 1)с; »0ßeMÜ1K автогef е(эа тор 7 =;=;, óñêàþùèõ -;-мпуль-т pf»= и Б H В-:. poA

ui»i Е" 3>: С »»ЕНТЫ т CXЕМ-: Ь .I(И ::(а И фс"

3oBoA cIB T0f:07с рсйк, т с х:-мх И 11, ВТО();:"(> <. Х Ем;, 7 3 =; т О Е-г»а pic»r c: =даЮшее устройство l >, d —,àõæÅ из! .Ери— тел= ный бло 1 4,. "!pt» =!:oi i Выхог. Cxå-Г»ы l Б »»СиcKа и,а ВОй cti f!:ñ сй— ки (:ОВДинен с ВхО»10 : У!IРс»В)»Яе!ВQI G ав » О ЕН ЕР: Т О»эа,, а,tyC K P(Cu ?»Х ч(,:-Т т»ЛЬ—

СOB; ?тЫХО:(О О(ОГ:: ПОДК,!»"»P-- К с;(—

Ттач Иэ I (»»ТK»Ь,0 " !C: с»::: С - т ВC эапоми»:, к)щего 3;e»е) та 8 в7 о .Ой схсмы -dopeTа 7» QH хоов>(оду в — (00-0

3dl! c)»vI?thdKûãB0 элемента 9 н с". ы второй вход которой соединен = ВьхоДО»» . ЕРВОГО ЗаПОМИНаЮШЕГС Э. ЕМЕ?:Та В с а Выхо㻠— с входам=i )îðìAðoâàòeëÿ 4 импульсов В Оэбуждени я::. е() Bc

МЫ (т за!.ре 1 а. ВЫХОД K Ст рoй Г ОДКГЮ чен к г ерВ ом». входу за.-.оми- =-юш ег

ЗЛСМЕНТВ С» ВЫХОД» КОТ;) )От G CСЕД:; НЕН с вторым входом схе»»ь» О ..о ск» н

ЗОВОй автОПОДСтРОйКИ И ВХот.О»К заПО— минаюшегG элемента 9 т выхсл кстоРО: о соединен —р:pep-..>)аю»1?»Г» В> ".д.)м из-мерительного б »ока» 4:-:. Первь-.: вх.)J(:.

Bpe»!!I »»3d цаЮ(ц ЕГО у »-()Ой(- -, Ва» i B- у г» которого соединен -. перв! !."" »>» 1 .;

Первый импульс с выхода автогенератора 7 (фиг. 2a) через схему И 11 (фиг. 26) поступает на первую схему 6 запрета, открывая ее, и на запуск формирователя 4 импульсов B озбуждени я, причем запуск производитсяся задним фронтом импульса (фиг. 2Ь) . 30

Сформированный импульс подается на пьезоэлемент 2, который преобразует его в ультразвуковой сигнал. Прошедший через контролируемую среду ультразвуковой импульс принимается и ,преобразуется пьезоэлементом 3 в

35 элек трический импульс, к оторый через усилитель-формирователь 5 поступает на вход первой схемы б запрета (фиг. 2 ) . Этот импульс задерживается относительно излученного на 40 время t . Так как период импульсов на выходе автогенератора 7 н начальный момент меньше минимального времени распространения ультразвука в акустическом преобразовате- 45 ле 1 то второй импульс с выхода схемы И 11 поступает на вход первой схемы 6 запрета раньше, чем импульс с выхода усилителя-формирователя 5, и поэтому первая схема б запрета заперта. При этом второй импульс с выхода схемы И 11 проходит по электроакустическому каналу аналогично первому. Одновременно импульсы с выхода автогенератора 7 поступают через вторую схему 12 запрета на вход схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки, увеличивая напряжение на ее выходе. Период управляемого автогенератора 7 унеличинается до тех пор, пока не произойдет совпадение во времени импульсов с выходов усилителя-формирователя 5 и схемы И 11. Тогда импульс с выхода усилителя-формиронателя 5 проходит через первую схему б запрета и запуска- 65

Таким образом, запускающие импульсы с выхода упранляемогс аэтогенератора 7 оказываются связа. ными

flo частоте и фазе с кмпульсами синхрскольца, а частоту следования импульсов синхрокольца определяют, подавая импульсы с ьыхода автогенератора 7 на вход кзмерительного блска 14 . Кроме того, по совпадению каждого из имгульсон синхрокольца с запускающим импульсом судят об исправной работе расходомера . Для этого имгульсы с выхода первого запоминающего элемента 8 подают на информационный вход второго запомкнающего элемента 9, а импульсы с выхода автогенератора 7 — ка скнхровх од в торого з апоминаюш его зл емента 8. Напряженке на выходе второго запоминающего элемента 9 является критерием исправной работы расхсдомера. Его подают на разрешаю кй вход измерительного блока 14. R случае нарушения электроакусткческого канала кз-за наличия инородного нключенкя н контролируемой среде к моменту прихода заднего Фронта импульса с автогенератсра 7 на cHHxpQ вход второго запоминающего элемента 9 на его информационном входе образуется высокий уровен-, характеризующий закрытое состояние сккхрокольца. Задний фронт запускающего импульса стирает ик,ормацию о совпаденки запускающих импульсов к кмпульсов синхрскольца, прк этом с выхода второго запол1кнающего элемента 9 поступает сигнал, включающий время задающее у -тройстно 1 3, схели ) 2 .l..ill(i(тil и уст ионочннм вх дом запили нающеl о элемента 9, а выход запоминающего элемента 8 соединен с вторым входом времязадающего устройства 13.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с выхода схемы 10 поиска и фазовой автоподстройкк фазы (фиг. 29) подается на вход управляемого автогенератора 7 запускающих )0 импульсон, перестраивая его частоту.

B момент включения питания напряжение на выходе схемы 10 поиска и фнэовой автоподстрсйки равно нулю. При этом период импульсов управляемого автогенератора 7 минимален (T фиг. 2 ) и должен быть меньше минимального времени распространения сигнала в электроакустическом канале, а максимальный период следования — больше максимального времени распространения сигнала в электроакустическом канале. ет Формирователb 4 импульс он возбуждения. Таккм образом заку -.кает " я синхрокольцо.

Одновременно импульс с выхода первой схемы 6 запрета подается на вход первого заг сминающего элемента 8, устанавливая на его выходе низкий уров ень, которым э апира етс я сх ема И 11. При этом задний фронт положительного импульса на выходе схемы и 11 совпадает с передним фронтом отрицательного имп улl-ca на выходе первой схемы 6 запрета (момент вРемени В р . Фиг . 25) т . е. н дальнейшем импульсы управляемого автогенератора 7 не оказывают влияния на работу синхрокопьца. В этот момент схема 10 поиска к фазовой автоподстройки переходит н режим автоподстройки фазы импульсов управляемого автогенератора 7 с кмпульсамк автоциркуляции скнхрокольца, выделяет велкчину рассогласования но времени между запускающим импульссл1 и передним фронтом импульса антоциркуляции синхрокольца, преобразует величину рассогласования н управляющий сигнал, подаваемый на угравляемый автогенератор 7.

rO !!O ОКС I."I НИИ ива етс. я, ных ода в задний ф еребрасын лемен т 9 подана я ок 14. Сх восстанавл импуль< а с: устройства импульса минаю1цнй э состояние, 7 ель ный бл открыл ается, и за11у начинают поступать

17оиска и фазовой ан личиная напряжение максимальногс значе

НИЯ,. ПОСЛ Е ЧЕГО происходит ра зр яд выходного напр яже.в:ия =õåìû 10 до нуля, . и расходомер ус танавлин етс= н IIa.альное 1 .ýëîæåние.

Постояв;-:ую времени времязада1сщего стройства 13 выбирают исходя МЭ реа71bных параметров Kонтролируемсй среды: ра=мер 1Ь несднородно".Teé,. их к онцентр а,IIII ь ск орос ти потск а, Та!..ИМ ЭбРc7ЗОМ„УЛ-тРаЗНУКОНОй расхс,.:.Омер позволяет повысить тсч—

1 ость изме!рения расхода гетероген— пьх сред.!

1 ! !

1 3 ! \ ! ! !

1, г

1 1 ! ! !

" 1 !

l !

1 ! !

1 ! 1

"ост ител - 51 Обе о

Д21(тор А „Курах TP pðð 11 1! -, - хор-. - - -,,, р

Чаказ 8844/35 Тираж 643 Подпи cHое

ВНИИПК Государственно-о ",îìèòåòà CCP по делам изобретений и от1срытий

1.13с 35,. Мос1кна, _#_-35, Раушская наб„, д . /5

Филиал ППП Патент, г .1 жГОрОд.,,1ÃI, Проект Ра —, Сигнал с последнего поступает а нторую схему 12 запрета, прекра1цая подачу запускаю1цих импульсон на вход схемы 10 поиска и 41азс7вой автоподстройки. Таким обр зом прекрац1ается перес тройк а ан тог ен ерат Ора 7, который начинает работать по памяти.

Одновременно с.игнал с выхода времяэадакыего устройства 1 3 поступает на установо нь7й вход второго запоминаю1цего элемента 9, разрешая поступление импульсов автогенератора в измерительный блок 14 . ультразвуковые сигналы поступают н контролируемую среду " прежней частотой.

При попадании инородно7-о включения прин ятый имгульс совпадет в первой схеме 6 з прета с запуск аюсцим имг!уль— сом. Сигнал с ныхода первого запоминаю1цего элемента 8 ограничивает длиТЕЛЬНOCТЬ ИМПУЛЬСа С ВЫХОДc7 ВРЕМЯ7О эадаю1цего устройства, и расходомер приходит в прежнее рабочее состояние.

Если злектроакустический канал не ремязадакн1е1.о ронт зап)ск ающего ает втор:,и запон противсположное з апре T;I и змери—

1; за I!реTа с к а ю.ц и р М!1 ул ь с ы вход xем1-„ 1 Q тсподстрсйки, веna ре выходе до