Ультразвуковой импульсно-фазовый расходомер

 

(Г1)-55 1 5(:) 9.: ...

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.07.75(21) 2164450/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03.77Бюллетень № 11 (45) Дата опубликования описания 30.05.77

Союз Советских

Социалистических

Республик (51) М, Кл.а 01 F 1/66

Государственный комитет

Совета Министров СССР аа делам изобретений н открытий (53) УДК534.232 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю. Г. Веров и В. А. Чернышев (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫЙ

РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение в технике измерений расхода жидкости.

Известен ультразвуковой импульсно-фазовый расходомер, позволяющий компенсировать 5 воздействия только одного из мешающих факторов (температуры, концентрации или давления среды), т.е. он недостаточно точен (1).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является расходомер, со- 1р держащий первичный преобразователь расхода, подключенный к выходу коммутатора, один вход которого соединен с выходом генератора, а другой — со схемой логики, а выходы его подключены к схеме формирова- у ния измерительного интервала времени, один выход которой через схему совпадений соединен со счетчиком, а другой со схемой логики (2). Однако из-за того, что в этом устройстве имеется дополнительный измеритель-ап ный канал, оно ненадежно.

Целью изобретения является повышение точности и надежности расходомера.

Для этого в импульсно-фазовый расходо- g5 мер дополнительно введены схема формирования интервала времени, пропорционального скорости ультразвука в жидкости, два счетчика, cx=MB сравнения кодов, умножитель частоты с переменным коэффициентом умножения частоты, схема изменения коэффициента умножения, дополнительный генератор и схема совпадений, при этом схема формирования интервала времени, пропорционального скорости ультразвука в жидкости, соединена с выходами схемы логики и коммутатора, а ее выход подключен через схему совпадений один из входов которой соединен с выходом( дополнительного генератора, со входом одного из счетчиков, к другому входу которого подключена схема формирования измерительного интервала времени, а выход этого счетчика подключен на вход схемы сравнения кодов, другой вход которой подключен к выходу другого счетчика, вход которого соединен через схему умножителя частоты с переменным коэффициентом умножения с выходом дополнительногэ генератора, а выход схемы сравнения кодов связан со входами второго счетчика и схемой совпадений основногоканала.

551509

На фиг. 1 представлена блэк-схема импульсно-фазового ультразвукового расходомера; на фиг. 2 — эпюры электрических напряжений в некоторых точках схемы.

Импульсно-фазовый ультразвуковой расхо- 5 дэмер состоит из ocHoBHol" и дополнительногэ каналов. Оснэвной канал расходэмера состоит из акустического преобразователя расхода с дуплексной парой излучатель-приемник 1-2, подключенной к выходу коммутато-!О ра 3, генератора 4 основной частоты, выхоц кэтэрого через коммутатор поступает на вход излучателя 1, формирователя 5 измерительного интервала времени, пропорциэнальнэгэ текущей разности фаз, входы кэ- !5 тэрэго связаны с коммутатэром, а выход— сэ схемой совпадений 6 основного канала, на другой вход которой поступает сигнал с выхода дополнительного канала; выход ее связан сэ входом счетчика основного канала 7.

Дополнительный канал расходомера, служащий цля компенсации погрешности, возникающей при изменении скорости ультразвука в жидкости, состоит из схемы 8 формирования 5 интервала времени, пропорционального скорости ультразвука в жидкости, входы которого связаны со схемой логики 9 основного канала и одним из выходов коммутатора, а

Г выходы его связаны со схемой совпадений

l0 и схемой 11 изменения коэффициента умножения, генератора дополнительного канала

12, выходы которого связаны со входами схемы совпадений 10 и умножителя частоты

13 с переменным коэффициентом умножения, 5 двух счетчиков 14, 15, выходы которых подключены на входы схемы сравнений кодов

16, выход схемы сравнений кодов подключен на вход схемы сэвпадения основного канала.

Ультразвуковой импульсно-фазовый ðàñõîдэмер работает следующим образом.

Напряжение генератора 4 основной частоты ) поступает через коммутатор 3 на вход 45 электро-акустических преобразователей 1, 2, коммутатор управляется импульсами схемы логики 9, осуществляющей управление работой схе,;û основного и дополнительного каналов. С выхэдэв акустических преобразова- 50 телей пакеты радиэимпульсов, прошедших по и против потока через коммутатор 3, поступают на вход формирователя 5 измерительного интервала времени, пропорционального текущей разности фаз. Такэй формирователь 55 может быть построен, например, на основе известной схемы переноса закона изменения фазы текущей высокочастотного входного сигнала на низкэчастэтнэе выходное колебание с последующим формированием интерва- 6О ла времени, пропорционального текущей разности фаз. Сигнал с выхода формирователя измерительного интервала поступает на вход схемы совпадения 6, на другой вход которой поступает сигнал дополнительного канала.

Для компенсации погрешности от изменения скорости ультразвука в жидкости используется схема формирования интервала времени, пропорционального скорости ультразвука в жидкости, на один вход которой поступает сигнал со схемы логики 9, определяющий передний фронт радиоимпульса излучаемого по и против потока, а на цругой вход огибающая приемного радиоимпульса по одному из направлений излучения.

Выход схемы формирователя интервала времени, пропорционального скорости ультразвука в жидкости, подключен на вход схемы совпадения 10, на другой вход которой поступает сигнал дополнительного генератора

12. Счетчик 14 запоминает количество импульсов, содержащихся в заданном интервале, пропорциональном скорости ультразвука в жидкости. Выход счетчика 14 подключен на вход схемы сравнения кодов 16, на другой вход которой пэступает код со счетчика

1 5, на вход которого поступает сигнал умножителя частоты импульсов 13, с переменным коэффициентом умножения 7n„(c) .

При равенстве кэдэв схема сравнения кодов 16 выдает сигнал, который с одной стороны поступает на вход схемы совпадений основного канала 6, а с другой — на оборот счетчика 15.

Конец измерительного интервала времени, пропорционального текущей разности фаз, сбрасывает счетчик 14 в исходное состояние и цикл повторяется.

Для получения требуемой функциональной зависимости выходной частоты импульсов схемы сравнения кодов 16 от скорости ультразвука используется схема 11 изменения коэффициента умножения, на вхэд которой поступает импульс со схемы формирования интервала времени, пропорционального скорости ультразвука в жидкости.

При превышении (или уменьшении) этого интервала времени длительности импульса, срабатывает схема, которая изменяет коэффициент умножения умножителя 13 частоты с переменным коэффициентом умножения.

Такой умножитель может быть, например, построен по схеме с импульсно-фазовым детектором и счетчиком в цепи обратной связи, изменение коэффициента, деления которого приводит к изменению коэффициента умножения умножителя частоты.

Работа импульсно-фазового расходомера описывается следующей системой уравнений.

551509

Интервал времени &, пропорциональный текущей разности фаз, формируемый схемой

5, имеет следующий вид:

К

8=

7 (С) сР

1,2 (Я 5 где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

Чср — средняя скорость потока; щ

Р„(С) = С вЂ” функциональные зависимости р (C)=C 1е времеии9ст сисрссти ультра2

"звука в жидкости для акустического тракта без преломления и с преломлением 15 соответственно;

К вЂ” коэффициент пропорциональности; — скорость ультразвука в жидкости. 2Î

Интервал времени, формируемый схемой

8, имеет следующий вид: р (3

С С (2) где S — расстояние между излучателем и приемником;

—+ знак приращения, который зависит от направления излучения ультра- З0 звука.

Так как для большинства промышленных потоков скорость потока (V ) на три порядка меньше скорости ультразвука в жидкости (С ),то членом V/С в выражении (2) мэ>кнэ пренебречь. Для V — единиц м/сек (при

V „=-1 м/сек и С =1500 м/сек) максимальная погрешность, вносимая пренебре>кением числом Ч С, составит + 0,03%) .

Тогда с учетом изложенного выражение 40 (2) примет вид:

С

Есличастота допэлнительногэ генератора

f, то код счетчика 14 можно записать в g5 следующем виде:

5 (." .>у> (С) =

С

Частота F на выходе схемы совпадений ко- 55 дов 6 имеет следующий вид: т>>„(С) С

{4) — Г

Схема 11 изменения коэффициента умножения интервала времени, пропорционального 60

Такой же пэ величин"= кэд в счетчике 15 при входной частоте m „(С ) будет за 50 время Г, определяемое из выражения скэрости ультразвука в жидкости, изменяет коэффициент у-мнэжения схемы так, чтобы тп (С) С-T (С).

Как показывают расчеты, при изменении скорости ультразвука в жидкости íà 20ro, что охватывает большую часть практических случаев>достаточно (с погрешностью 0,2%) двух участков аппроксимации для реализации функциональных зависимостей 7< 2 ((.), т.е.

7 двух значений коэффициентов умноженич ум— но>кителя 13.

В этом случае код счетчика 7 с принятыми дэпушениями примет следуютций вид,:

N= Ч, ср (Ц

Как следует из выражения {4), выходная информация таково расхэдэмера не зависит эт скорости ультразвука в жидкости.

На фиг. 2 даны временные эпюры напряжений в соответствующих точках расхэдэмера, при этэм нижний индекс у символа Ч эбэзначает номер блэка, на выходе кэтэрэгэ имеется данная эпюра, индекс вверху— номер блока, на вход которогэ она подается.

Таким образом, использование новых эле— ментов — двух счетчиков, умнэжителя частоты с переменным коэффициентэм умножения, схемы изменения коэффициента умнэжения, схемы совпадений, дополнительнэгэ генератора и схемы совпадений кодов позволяет повысить точность и надежность измерения расхэда различных жидкостей.

Принцип компенсации прэгрешности эт изменения скорости ультразвука в эписаннэм импульсно-фазовом расходэмере мэжет быть успBL Iî использован в импульсно-временном ультразвуковом pBcxI>goMBpB.

Формула изобретен-.я

Ультразвуковой импульсно — фаз эвый расс эдэмер, содержащий первичный преобразовав тель расхода, подключенный к выходу кэммутатора, эдип вхэд кэторэгэ соединен с выхэ— дэм генератора, а другой — c0 схэмэй гл ики, а выходы егэ подключены к cxBìB фэр."..::>рования измеоительного интервала времени, один выход которой через схему совпадений соединен сэ счетчиком, а другой — ct> схе— мэйлогики, э T ë è ч 9 þIL" è éс я тем, чтэ, с целью повышения тэчнэсти и надежности, в ноI ý дополнительно введены схема формирования интервала времени, прэпэрциэнальнэгэ скорости ультразвука в жидкости, два счетчика, схема сравнения кодов, умнB— житель частоты с переменным коэффициентом умножения, схема изменения кээффициента

551509 юг. 1 умножения, дополнительный генератор и схема совпадений, при этом схема формирования интервалавремени,пропорциональногоскорости ультразвука в жидкости, соединена с выходами схемы логики и коммутатора, а ее выход подилючен через схему совпадений, один из входов которой соединен с выходом дополнительного генератора, со входом одного из счетчиков, к другому входу которого подключена схема формирования измерительного ин-р тервала времени, а выход этого счетчика подключен на вход схемы сравнения кодов, другой вход которой подключен к выходу другого счетчика, вход которого соединен через умножитель частоты с переменным коэффициентом умножения с выходом дополнительного генератора, а выход схемы сравнения кодов связан со входами второго счетчика и схемой совпадений основного канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

% 238593, М, Кл. Cj 01 F 1/00, 1967.

2, Авторское свидетельство СССР

М 395724-, М, Кл . 5 01 F 1/00, 1970 (прототип),