Импульсный одноканальный ультразвуковой расходометр

 

Союз Советсннх

Социал нстнчвскнх

Реслублнк

ОП ИСАЙ ИЕ

И 3ОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{11) 589163 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 27.05.76 (21)2363036/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

2 (51) М. К4, („01 Р 1/66

Государственный комитет

Соавтв Министров СССР по делан изобретений н открытий (43) Опубликовано 25,03.78. Бюллетень №1 (53) УДК 681.121..8(088.8) (45) Дата опубликования описания 10.03.78 (72} Авторы изобретения

И. Ф. Кудрявцев, И. А. Чернобай и А. И. Шатковский (71) Заявитель

Белорусский институт механизации сельского хозяйства (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ОДНОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к акустическим измерениям, предназначено для измерения расхода или скорости потока жидких и газообразных сред и может быть использовано в химической, сельскохозяйственной,; пищевой, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известны импульсные одноканальные ультразвуковые расходомеры, содержащие генератор импульсов, акустический преобразова- io тель с двумя пьезоэлементами, два идентичных приемных тракта с развязываюшими элементами, широкополосными усилителями, временными селекторами, формирователями коротких импульсов, преобразователь времен- т5 ных интервалов Щ21 . Однако они имеют невысокую точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, 20 содержащий преобразователь временных интервалов. генератор импульсов, акустический преобразователь с двумя пьезоэлементами, включенными каждый в один из идентичных приемных трактов, содержащих последователь-о5

2 но соединенные развязываюший элемент, один иэ входов которого соединен с выходом генератора импульсов, широкополосный усилитель, временной селектор и формирователь коротких импульсов (31

Недостатком известного устройства является наличие систематических погрешностей за счет преобразователя временных интервалов, например, нелинейности нечетной работы при преобразовании малых временных интервалов, соответствующих малым скоростям потока и невысокая точность измерений.

Цепь изобретения — устранение систематических погрешностей преобразователя временных интервалов и повышения точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что расходомер снабжен включенным s один из приемных трактов элементом задержки и преобразователем напряжение-частота с выходом, соединенным со входом генератора импульсов, к одному из выходов которого подключен частотомер, а к другбму - задерживающее устройство, своими выходами через селекторы и формирователи двух приемных

599163 трактов соединенное со входами фэрмироватеЛя интервальных импульсов, выход которогэ подключен через преобразователь временных интервалов и введенный в устройство интегрирующий каскад к входу преобразователя- напряжение — частота.

На фиг. 1 приведена структурная; схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — диа1 рамма сигналов в различных узлах схемы устройства. 30

Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер содержит акустический преобразователь 1 с приемо-передающими пьезоэлементами 2 и 3, к которым через развязываюшие элементы 4 и 5 подключен ждуший генератор 6 импульсэв. Каждый из приемных трактов содержит последовательно включенные развязываюшие элементы 4 и 5, широкополосные усилители 7 и 8, временные селекторы 9 и 10, формирователи 1 1 и 12 20 коротких импульсов, связанными с двумя разными входами быстродействующего формирователя., 13 интервальных импульсов, который своим выходом связан со входом ждущего генератора 6 импульсов через после- ъх дэвательно включенные преобразователь 14 временных интервалов в напряжение, интегрируюший каскад 15, преобразователь 16 напряжение-частота. 0 пин из выходов ждущего генератора 6 подключен к частотомеру

17 и через задерживающее устройство 18к дополнительным входам временных селекторов 9 и 10, причем в один из трактов включен элемент 19 задержки.

Устройство работает следующим образом, З5

Ждущий генератор 6 импульсов запускается сигналом с выхода преобразователя 16 напряжение-частота и вырабатывает короткие запускающие импульсы (см. фиг. 2а), которые через развязывающие элементы 4 и 5 40 возбуждают приемо-передающие пьезопреобразэватели 2 и 3. Период возбуждения пьезопреобразэвателей для разных режимов работы устройства в два -три раза больше времени действия реверберациэннэй помехи, 45 что обеспечивает помехоустойчивость работы .устройства, Акустический сигнал проходит в разных направлениях через контролируемую среду, 0 имеющую определенную скорость потока; затем преобразуется каждым из пьезоэлементов 2 и 3 в электрические сйгналы (см. фиг. 2 б, в ), которые через соответствую.щие развязывающие элементы 4 и 5 подаются на входы широкополосных усилителей 7 и H.

Сигнал против потока среди дополнительно задерживается высэкэстабильиым элементом 19 задержки 2- 3 мкс, чтэ необхэдимо для обеспечения исходного режима работы устройства при нулевом потоке среды.

С выхода широкополосных усилителей

7 и 8 сигналы подаются на формирователи

11 и 12 коротких импульсов через временные селекторы 9 и 10, которые запускаются от ждущего генератора 6 импульсов через задерживающее устройство 18 и назначением которых является зашита схемы измерений отдействия реверберационных и электромагнитных сигналов, что обеспечивает помехозащищенность устройства в целом.

С формирователей 11 и 12 короткие импульсы поступают на быстродействуюший формирователь 13 интервальных импульсов, который вырабатывает нормированный по амплитуде импульс с длительностью Г равной

Н О где („-величина временной задержки сигнала элементом 19 задержки;

/ С -разность времени распространения ультразвуковых сигналов против потока среды и по ее потоку.

Интервальные импульсы с быстродействующего формирователя 13 подаются на преобразователь 14 временных интервалов в напряжение, который на своем выходе обеспечивает напряжение ((.э (см, фиг. 2 у ), одновременно пропорциональное длительности Г и частоте повторения импульсов, т.е.

U = K „F> где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Величина данного напряжения через интегрирующий каскад 1 5 управляет преобразователем 16 напряжения в частоту, который, в свою очередь, запускает ждуший генератор 6 импульсов.

При изменении, например увеличении, скорости потока среды увеличива..тся длительность интервального импульса С коН > торый вызывает увеличение напряжения U на выходе преобразователя 14. Незначитель.ному увелйчению Оо соответствует значительное уменьшение частоты | . преобразователя 15 напряжение-частота. Уменьшение частоты 7 зондирующих импульсов, в свою очередь, вызывает Ilo цепи обратной связи уменьшение Uo

Таким образом, в устройстве для измерений скорости потока устанавливается четкое равновесие, критерием которого является

0 — -4ь- сопй . о

599163

Исходя из этого и на основании выражеЭ ния (2), длительность интервального импулься в,предложенном устройстве обратно пропорциональна частоте повторения импульсов.

Таким образом, преобразователь 14 вре5 меннык интервалов в напряжение работает строго. определенное время за любые достаточно большие, но равные промежутки времени при разных скоростях потока, среды, и напряжение на его выходе является постоянной величиной. Этим устраняются систематические погрешности преобразователя временного интервала, например нелинейность, увеличивается четкость работы за счет того, что нагрузочная способность пре- ts образователя остается постоянной. Точность измерений повышается также за счет того, что с одной стороны информация о скорости потока представляется в частном виде, а с другой стороны длительная нестабильность работы преобразователя 16, не имеет никакого значения, так как устройство автоматически регулируется по цепи обратной связи.

Формула изобретения

Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, содержаший преобразователь временных интервалов, генератор импульсов, акустический преобразователь с двумя пьезоэлементами, включенными каждый в один из идентичных приемных трактов, содержаших последовательно соединенные развязываюший элемент, один из входов которого соединен с выходом генератора импульсов, широкополосный, усилитель, временной селектор и формирователь коротких импульсов, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью устранения систематических погрешностей преобразователя временных интервалов и повышения точности измерений, эн снабжен включенным в один из приемных трактов элементом задержки и преобразователем напряжение-частота с выходом, соединенным со входом генератора импульсов, х одному из выходов которого подключен частотомер, s к другому — задерживающее устройство, своими выходами через селекторы и формирователи двух приемных трактов соединенное со входами фэрмирэвателя интервальных импульсов, выхэд которого нэдключен через преэбразователь временных интервалов и введенный в устройство интегрирую1иий каскад к входу преобразователя напряжение-частота.

Источники информации, принятые вэ внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство N-. 330346, 5 01 7 1/66, 1970.

2. Патент США ¹ 355899, 01 р 5/00, 1 974.

3. Авторское свидетельстнэ № 210404, (л 01 F 1/66, 1965.

Рф

2)

Unp

Составитель Т. Терехова

Редактор Г. Киселева Техред 3. Фанта Корректор Н. Ковалева

Закаа 1396/33 Тираж 872 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4