Ультразвуковой жидкостный расходомер

 

Союз Советских

Социалистических

Республик нн 651195

«««» Г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17027б (21) 2327б28/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано 050379. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 05D379 (51) М. Кл.

G 01 F 1/бб

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК б 81 . 1 21 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю.А.Коваль и В.A.Áëåéõìàí (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (54 } УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЖИДКОСТНЬИ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к области ультразвуковых измерений и может быть использовано для измерения расхода агрессивных и сильно загрязненных жидкостей, например сточных вод.

Известны ультразвуковые расходомеры жидкостей, построенные на частотно-импульсном способе измерения, включающие излучающие и приемные электроакустические преобразователи, генераторы импульсов, блок выделения разностной частоты (1), 2) .

Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой жидкостный расходомер, содержащий два !

5 излучающих и два приемных электроакустических преобразователя, два генератора импульсов, два усилителяограничителя, подключенных к выходам соответствующих генераторов импульсов, блок выделения разностной частоты, подключенных к выходам усилителей-ограничителей, и измеритель частоть, подключенный к блоку выделения разностной частоты (3) .

Недостатком его является малая точность измерений, обусловленная нестабильностью времени формирования и .запаздывания импульсов в

3О электронных каналах расходомера. Эта нестабильность вызвана изменениями напряжения питания, условий работы и рядом других факторов.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известный расходомер введены четыре оптимальных фильтра сжатия импульсов с линейно нарастающим законом частотной модуляции, при этом первый фильтр включен между первым генератором импульсов и первым излучающим преобразователем, второй — между вторым генератором импульсов и вторым излучающим преобразователем, третий — между первым приемным преобразователем и первым усилителем-ограничителем, четвертый — между вторым приемным преобразователем и вторым усилителем-ограничителем, и четыре оптимальных фильтра сжатия импульсов с линейно-убывающим законом частотной модуляции, при этом первый и второй фильтры последовательно включены между первым излучающим и первым приемным преобразователями, а третий и четвертый последовательно включены между вторым излучающим и вторым приемным преобразователями.

651195

На фиг.l схематически изображен предлагаемый ультразвуковой расходомерр на фиг.2 — осциллограммы входных и выходных сигналов оптимальных фильтров сжатия частотно-модулированных импульсов с нарастающей частотой; на фиг.3 — осциллограммы входных и выходных сигналов оптимальных фильтров сжатия частотно-модулированных импульсов с убывающей частотой; на фиг.4 — схематическая картина прохождения импульсов в электронно-акустических каналах ультразвукового расходомера.

25

При подаче на вход фильтра частотно модулированного сигнала с нарас- 40 тающей частотой длительностью Тв»и амплитудой U (фиг.2, кривая 19) на выходе фильтра формируется импульс напряжения длительностью Т ц„и ампли1 1 ex. 45 тудой Ugb,x> T UQ (фиг.2, кривая ?О)

ab

Для современных фильтров величина в» отношения достигает 10"—

Sb X

10 . Таким образом осуществляется сжатие входного сигнала. При подаче на вход фильтра короткого импульса длительностью Твыхи амплитудой U b »(фиг.2, кривая 21) на выходе фильтра формируется частотномодулированный импульс с убывающей частотой длительностью Тц» и амплиту вых кривая 22) . При подаче на вход фильтра частотно-модулированного сигнала с убывающей частотой длительностью

Тв» и амплитудой 0вх(фиг.2, кривая

23) на выходе фильтра сигнал рас55

65

Ультразвуковой расходомер жидкости включает два генератора импульсов 1 и 2, два излучающих электроакустических преобразователя 3 и

4, два приемных электроакустических преобразователя 5 и б, подключенные через усилители-ограничители 7 и 8 к блоку 9 выделения разностной частоты и измерителю частоты 10, а также четыре оптимальных фильтра 11-14 сжатия импульсов с линейно нарастающим законом частотной модуляции и четыре оптималЬных фильтра 15-18 сжатия импульсов с линейно убывающим законом частотной модуляции,включенные в цепи излучающих и приемных электроакустических преобразователей.

Сущность оптимальной фильтрации частотно-модулированных импульсов сводится к сокращению длительности импульсов в rn раз при одновременном увеличении амплитуды сигнала в rn раз, твх 35 т вьи сыпается (фиг.2, кривая 24) . Амплитуда рассыпанного сигнала вы»

Вх т аь1х вх

Аналогичным образом работает фильтр для сжатия частотно-модулированных сигналов с линейно убывающей частотой (фиг.3, кривая 25-30).

При измерении расхода жидкости импульс от генератора 1 поступает на вход фильтра 11 для сжатия импульсов с линейно нарастающим законом частотной модуляции (фиг.4, кривая

31), где преобразуется в частотномодулированный импульс (фиг.4, кривая 32), через излучающий преобразователь 3 проходит на приемный преобразователь б. При этом, пройдя через измеряемую среду, сдвигается во времени на величину То (фиг.4, кривая 33), поступает на фильтр для сжатия импульсов с линейно убывающим законом частотной модуляции 14, где рассыпается, и аналогичный фильтр 17, где вновь преобразуется в импульс (фиг.4, кривая

34). Рассыпанный сигнал не проходит через усилитель-ограничитель

8, и генератор 1 не возбуждается.

С фильтра 17 импульс поступает на вход фильтра 15 для сжатия импульсов с линейно убывающим законом частотной модуляции, где преобразуется в частотно-модулированный сигнал (фиг.4, кривая 35), затем вновь поступает на излучающий преобразователь 3, проходит через измеряемую среду, где вторично сдвигае".. ся во времени на величину То (фиг.4, кривая 36), приемный преобразова.тель б, поступает на входы фильтра 17, где рассыпается, и фильтра 14, где преобразуется в импульс (фиг.4, кривая 37). Импульс, пройдя через усилитель — ограничитель 8, запускает генератор 1.

Аналогичным образом работает вторая часть схемы, в которой направление. распространения звука не совпадает с течением измеряемой среды.

В блоке 9 производится сравнение частот следования импульсов.. Выделенная разность, характеризующая величину расхода жидкости, измеряется измерителем 10 частоты.

Таким образом, предложенная схема обеспечивает двукратное прохождение импульса через измеряемую среду и удвоение времени задержки То при однократном запуске генератора и прохождения импульсов усилителя-ограничителя, что повышает стабильность времени формирования и запаздывания импульсов в схеме прибора.

В предлагаемом ультразвуковом расходомере жидкости уменьшается составляющая погрешности, обусловленная нестабильностью времен формирования

651195

Формула изобретения

Ультразвуковой жидкостный расходомер, содержащий два излучающих и два приемных электроакустических преобразователя, два генератора импульсов, два усилителя-ограничителя, подключенных к выходам соответствующих генераторов импульсов, блок выделения разностной частоты, подключенный к выходам усилителейограничителей, и измеритель частоты, подключенный к блоку выделения разностной частоты, о т л и ч а ю щ и й25

ЗО и запаздывания импульсов в электронноакустических каналах расходомера.

В результате снижается основная погрешность измерения и расширяется диапазон измерения расхода жидкости, что расширяет область применения расходомеров и устраняет необходимость 5 использования ряда расходомеров, имеющих диапазон измерения, близкий к диапазону описываемого расходомера.

Повышение точности измерения расхода жидкости в ряде технологических 1(» процессов значительно улучшает качество конечного продукта; при транспортировке ценных продуктов (нефти, кислот и т.п.) повышение точности измерения расхода позволяет правильней вести расчет между потребителями и поставщиками. с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены четыре оптимальных фильтра сжатия импульсов с линейно нарастающим законом частотной модуляции, при этом первый фильтр включен между первым генератором импульсов и первым излучающим преобразователем, второй между вторым генератором импульсов и вторым излучающим преобразователем, третий — между первым приемным преобразователем и первым усилителемограничителем, четвертый — между вторым приемным преобразователем и вторым усилителем-ограничителем, и четыре оптимальных фильтра сжатия импульсов с линейно убывающим законом частотной модуляции, при этом первый и второй фильтры последовательно включены между первым излучающим и первым приемным преобразователями, а третий и четвертый последовательно включены между вторым излучающим и вторым приемным преобразователями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Гершгал Л.A., Фридман В.М.

Ультразвуковая аппаратура. М-Л, Госэнергоиздат, 1961, с.233.

2. Патент США Р 3020759, кл. 73-67, 1968.

3. Биргер Г.И., Бражников Н.И.

Ультразвуковые расходомеры. М., Энергия, 1964. с.67.

Фых 7"иг. Ф

Составитель Е.Литвинов

Редактор О.Филиппова Техред С.Мигай Корректор В„Куприянов

Заказ 789/38 Тираж 865 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4