Фазовый ультразвуковой расходомер

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность измерения за счет устранения влияния изменений скорости распространения ультразвука в среде. В контролируемую среду с помощью пьезопреобразователей 1 и 2 излучаются ультразвуковые колебания сначала по потоку, а затем против потока. Коммутация осуществляется коммутатором 3. Разность фаз излученных и принимаемых колебаний устанавливается равной целому числу периодов перестройкой частоты управляемого генератора 11, который управляется выходным напряжением цепочки, состоящей из двух формирователей 5 и 6, фазового компаратора 7, интегратора 13 и сумматора 12. Частоты фиксируются в блоке 8 считывания частот. Затем управляемый генератор перестраивается подключением к сумматору 12 напряжения скачка с блока 16 формирования скачка таким образом, что разность фаз увеличивается ровно на единицу. Приведена зависимость для вычисления расхода. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.„„SU„„14 266 А 1 (594 001F 1 66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4164755/24-10 (22) 05.11.86 (46) 30.05.89. Бюл. № 20 (71) Куйбышевское специальное конструк- торское бюро Научно-производственного объединения «Нефтехимавтоматика» (72) О. Н. Бегельман, А. П. Наумчук, В. С. Рощин и Л. П. Журавлев (53) 681.121 (088.8) (56) Бражников Н. И. Ультразвуковая фазометрия. М.: Энергия, 1968, с. 233 †2.

Патент США № 4468971, кл. С 01 F 1/66, 1984.

Патент США № 4452090, кл. G 01 F 1/66, 1984. (54) ФАЗОВЫЙ УЛbTPAÇBУКОВОЙ РАСХОДОМЕР (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения за счет устранения влияния изменений скорости распространения ультразвука в среде. В контролируемую среду с помощью пьезопреобразователей 1 и 2 излучаются ультразвуковые колебания сначала по потоку, а затем против потока. Коммутация осуществляется коммутатором 3. Разность фаз излученных и принимаемых колебаний устанавливается равной целому числу периодов перестройкой частоты управляемого генератора 11, который управляется выходным напряжением цепочки, состоящей из двух формирователей 5 и 6, фазового компаратора 7, интегратора 13 н сумматора !2. Частоты фиксируются в блоке 8 считывания частот. Затем управляемый генератор перестраивается подключением к сумматору 12 напряжения скачка с блока 16 формирования скачка таким образом, что разность фаз увеличивается ровно на единицу. Приведена зависимость для вычисления расхода. 2 ил.

1483266

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей и газов.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого расходомера; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов, поясняющие работу расходомера.

Расходомер состоит из приемо-передающих пьезопреобразователей 1 и 2, коммутатора 3, усилителя 4, формирователей 5 и 6, фазового компаратора 7, блока 8 считывания частот, усилителя 9 мощности, блока 10 вычисления расхода, управляемого генератора 11, сумматора 12, интегратора 13, индикатора 14, блока 15 управления и блока 16 формирования скачка.

Расходомер работает следующим образом.

Непрерывные синусоидальные колебания с выхода управляемого генератора 11 через усилитель 9 мощности и коммутатор 3 подаются на пьезопреобразователь 1 и излучаются по потоку. Пьезопреобразователь 2 преобразует прошедшее через поток ультразвуковые колебания в электрический сигнал, который усиливается усилителем 4, преобразуется в прямоугольные импульсы формирователем 5 и поступает на первый вход фазового компаратора 7. На второй вход фазового компаратора 7 поступают прямоугольные импульсы с формирователя 6, сформированные из выходных колебаний усилителя 9 мощности. Выходное напряжение фазового компаратора 7 интегрируется интегратором 13 и через сумматор 12 управляет частотой управляемого генератора 11.

Частота управляемого генератора l l устанавливается равной значению fi, при котором разность фаз между излучаемыми колебаниями и принятыми колебаниями равняется целому числу периодов, т. е.

Л<р+ — — 2л,п, где n — целое число.

Эта частота фиксируется в блоке 8 считывания частот по сигналу с блока 15 управления (фиг. 2в). В момент времени (фиг. 2б) производится переключение коммутатора 3 и обнуление интегратора 13 (фиг. 2д). Ультразвуковые колебания излучаются пьезопреобразователем 2 против потока и принимаются пьезопреобразователем l. Управляемый генератор 11 снова настраивается на такую частоту 12, при которой разность фаз между излученными и принятыми колебаниями равняется целому числу периодов, т. е.

Ау =2лп, при этом

C+V

f> —— и — —>

С вЂ” V

12= п

> где С вЂ” скорость распространения ультразвука в контролируемой среде;

V — скорость потока;

1 — расстояние между пьезопреобразо5 вател я ми.

Частота f2 также фиксируется в блоке 8 считывания частот по сигналу с блока 15 управления (фиг. 2в). В момент времени производится обнуление интегратора 13, пе10 реключение коммутатора 3 и формирование скачка на выходе блока 16 формирования скачка по сигналу с блока 15 управления (фиг. 2а). При этом напряжение скачка, подаваемое на сумматор 12, выбрано таким, что управляемый генератор 11 настраивается на частоту fi, при которой разность фаз колебаний равна целому числу периодов, ровно на единицу большему, чем при частоте f . Частота f также фиксируется в блоке 8 считывания частот. Затем в момент t3 производится переключение коммутатора 3 и обнуление интегратора 13.

Управляемый генератор 11 настраивается на частоту f2, которая также считывается блоком считывания частот. При этом

25 fi — — (п+1) — — —;

C+V

f2= (и+ 1)

С вЂ” V

1.

В блоке 8 считывания частот формируется разность ((fan+12) — (f1+f2)). Если эта разность не превышает наперед заданную величину, то на блок 15 управления выдается сигнал (фиг. 2г), по которому блок 15 управления запускает блок 10 вычисления расхода. В блоке 10 вычисления расхода определяется скорость потока, равная — ((11+12) (1!+12) ) >

2. f1+f2 по которой при известном сечении трубо40 провода рассчитывается расход и выдается на индикатор 14. Затем цикл измерений повторяется. Если блок 8 считывания частот не выдает сигнала на блок 15 управления, то цикл измерений повторяется, а блок

10 вычисления расхода не запускается. При

45 этом на индикаторе 14 остаются предыдущие показания. Таким образом устраняются сбои.

Использование предлагаемого датчика позволяет производить измерение расхода, не зависящее от вариаций скорости распространения ультразвука в контролируемой среде.

Фо рл ула изобретения

55 Фазовый ультразвуковой расходомер, содержащий два приемо-передающих пьезопреобразователя, подключенные к коммутатору, соединенному с усилителем мощности, 1483266

Составитель К,). Байков

Редактор А. Ревин Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2816/37 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 с усилителем и с блоком управления, фазовый компаратор, блок вычисления расхода и связанный с ним индикатор, отличаю-. щийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен блоком считывания частот, блоком формирования скачка, двумя формирователями и последовательно соединенными интегратором, сумматором и управляемым генератором, причем первый и второй входы фазового компаратора подключены через формирователи, соответственно, к выходам усилителя и усилителя мощности, выход фазового компаратора соединен с входом интегратора, выход управляемого генератора соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с первым входом блока считывания частот, к второму входу сумматора подключен выход блока формирования скачка, выходы блока управления соединены с управляющими входами интегратора, блока формирования скачка, блока считывания частот и блока вычисления расхода, вход блока управления соединен с первым выходом блока считывания частот, второй выход которого соединен с блоком вычисления расхода.