Импульсный ультразвуковой расходомер

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1)885808 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 230277 (21) 2456254/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано З0,1181. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания З0 ° 11 ° 81 (51)M. Кл.3

G 01 F 1/66

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 681. 121. 8 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. К.Хамидуллин, В.Л. Борцов и В.В.Рудин (71) Заявитель

Ленинградский институт авиационного приборостроения (54 ) ИМПУЛЬСНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства при автоматизации контроля и управления технологическими процессами производства жидких и газообразных веществ.

Известны одноканальные. Ультразвуковые расходомеры с попеременной коммутацией, содержащие два электроакустических преобразователя, два идентичных измерительных канала, каждый из которых включает в себя ключ и дискриминатор времени (1) .

Недостатком этих расходомеров является влияние на точность измерения нелинейности статических характеристик дискриминаторов времени и величины абсолютной скорости ультразвука в контролируемой среде.

Наиболее близок к предлагаемому импульсный ультразвуковой расходомер, содержащий трубопровод с установленными на нем двумя электроакустическими преобразователями, частотомер и два идентичных измерительных канала, каждый из которых состоит из последовательно соедИненных делителя частоты, дискриминатора:времени . сигнальный вход которого соединен с одним из электроакустических преобразователей, блока управления и управляемого генератора, выход которого подключен ко входу частотомера, и ключа, выходом подключенного ко второму электроакустическому преобразователю (2) .

Однако вследствие того, что фиксация гриращения фазового сдвига ультразвуковых импульсов, прошедших через исследуемую среду, осуществляется дискриминатором времени по переднему (заднему) фронту принятых импульсов, крутизна и форма которых

15 зависит от акустических свойств среды и конструкции элементов и потому нестабильна, то точность измерения скорости потока невысокая. Другим недостатком известного устройства, 20 обусловленным поочередным подключением каналов, является невозможность измерять с высоким быстродействием скорость пульсирующих потоков сред с быстроменяющимся составом и температурой.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений.

Указанная цель достигается тем, что расходомер снабжен генератором

30 тактовых импульсов и введенными в

885808 каждый измерительный канал фановым детектором и триггером, причем сигнальный вход фазового детектора подключен к одному из злектроакустических преобразонателей, опорный вход — к выходу управляемого генератора, а его выход подключен ко второму входу блока управления, выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выход — с управляющим входом ключа, второй нход которого подключен к выходу управляемого генератора, а ныход — ко входу делителя частоты.

На фиг.l представлена функциональ- 15 ная схема импульсного ультразвукового расходомера; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений на функциональных блоках.

Устройство содержит трубопровод 1, Щ в котором устанонлены электроакустические преобразователи 2 и 3. Электронная часть состоит из двух измерительных идентичных каналов, содержащих последовательно соединенные управляемые генераторы 4 и 5, ключи б и 7, подключенные вторыми входами к триггерам 8 и 9, делители 10 и 11 частоты, дискриминаторы 12 и 13 времени, блоки 14 и 15 управления, кроме того, каналы содержат фазоные детекторы 16 и 17.

Одновременное включение измерительных каналов производится генератором 18 тактовых импульсов, а выходные сигналы с обоих каналов поступают н частотомер 19.

Измерение скорости ультразвуконой нолны по потоку и против потока осуществляется одновременно двумя измерительными каналами, являющимися QQ импульсными электронными следящими системами, запускаемыми импульсами напряжения U генератора 18 такто 7 вых импульсов. Передним фронтом импульс генератора 18 тактовых им- 45 пульсов устанавливает триггеры 8 и 9 в рабочее состояние, при этом на заданное время отключаются ключ 6, который пропускает высокочастотное напряжение U4 управляемого генератора 4,и ключ 7, пропускающий высокочастотное напряжение Uqg управляемого генератора 5.

С выхода ключа 6 импульс высокочастотного напряжения Ug поступает на вход делителя 10 частоты и на 55 электроакустический преобразователь

2. Происходит излучение ультразвукового импульса по потоку среды. Точ— но также происходит излучение ультразвука против потока. При этом диск- фО риминаторы 12 и 13 времени и фаэовые детекторы 16 и 17 закрйты.

Ультразвуковой импульс электроакустического преобразователя 2, прошедший по потоку, появляется на вы- 45 ходе электроакустическ >го преобразователя 3 в ниде напряжения U через промежуток нремени

9 ()

С+Я сОз * где — расстояние между электроакустическими преобразователями 2 и 3;

С вЂ” скорость ультразвука н стоячей среде; скорость потока; угол между ультразвуковым лучом и направлением потока среды.

Тот же импульс в виде напряжения

U8 на выходе делителя частоты 10 появляется через время

- «2

"в= 1)

4 где n — число раэрядон дноичного делителя 10 частоты;

F — частота переменного напряжения управляемого генератора 4.

Происходит также установка триггера 8 в исходное состояние. Сигналы с выхода электроакустического преобразователя 3 и делителя 10 частоты поступают на дискриминатор 12 времени и на его выходе возникает импульс напряжения Ug, длительность которогол ig равна разности времен 4 9 + — ig . Импульс Б9 поступает на

+М блок 14 управления, который подстраивает частоту управляемого генератора 4 и соответственно нремя g в сторону уменьшения разностного сигнала на выходе дискриминатора 12 времени. После того как сигнал на выходе дискриминатора 12 нремени уменьшится до порогового значения, в контур системы включается вместо дискриминатора 12 времени фазовый детектор 16,который осуществляет точное измерение разности нремени между иэлучаемы (опорным управляемого генератора 4) и принимаемым (c выхода электроакустического преобразователя 3) сигналами по величине фазового сдвига между высокочастотными напряжениями этих сигналон, Сигнал с выхода фазового детектора 16 осуществляет через блок 14 управления точную подстройку частоты F гропор4 ционально скорости ультразвука по потоку среды.

Таким образом, первый измерительный канал представляет замкнутую автоматическую следящую систему грубой и точной подстройки частоты управляемого генератора 4. Высокая частота переменного напряжения управляемого

885808

1О

20

25 генератора 4 является выходным сигналом системы и равна при условии д,я ъ О, 2

= - — (С + М cosg) (3) Одновременно с работой первого измерительного канала происходит работа. второго идентичного измерительного канала, функционирующего точно так же, как и первый. Выходной сигнал второго канала, т.е. высокая частота переменного напряжения 0,,1,,изменяется пропорционально изменению скорости распространения ультразвука против потока в соответствии с выражением при условии д2 «р

2п

F 2 = - — (С вЂ” Ч созе) (4) Частотомер 19 осуществляет операцию вычитания двух частот напряжений U u U и измерение полученной

4 11 разности частот, пропорциональной скорости потока.

Величина объемного расхода среды определяется из выражения

Использование, предлагаемого устройства позволяет повысить точность и быстродействие измерения объемного расхода жидкостей или газов, скорость потока, концентрация и температура которых могут меняться в широком диапазоне.

Формула изобретения

Импульсный ультразвуковой расходомер, содержащий трубопровод с установленными на нем двумя элок гр ану.тическими преобраэователямн, -астотомер и два идентичных измерительных канала, состоящих.из последовательно соединенных делителя частоты, дискриминатора-времени, сигнальный вход которого соединен с одним из электроакустиЧеских преобразователей, блока управления н управляемого генератора, выход которого подключен ко входу частотомера, и .также ключа, выходом подключенного ко второму злектроакустическому преобразОвателю, отличающийся тем, что, с целью повышения точности H быстродействия измерений, он снабжен генератором тактовых импульсов и введенными в каждый измерительный.канал фаэовым детектором и триггером, причем сигнальный вход фазового детектора . подключен к одному из электроакуотических преобразователей, опорный вход — к выходу управляемого генератора, а его выход подключен ко вто-. рому входу блока управления, выход генератора тактовых импульсов подключен к первому, входу триггера, второй вход которого соединен.с выходом делителя частоты, а выход — с управляющим входом ключа, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора, а выход — ко входу делителя частоты.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Бражников Н.И. Ультразвуковая фаэометрия. М., Энергия, 1968, с. 236, 245.

2. Патент США 9 3720105, кл. 73-194А, 1973 (прототип).

885808 с+ - =.<

Ул2

P - rz

Г()(" Е

Составитель И.Попова

Редактор Н.Безродная Техред М.Голинка Корректор В.Синицкая

Заказ 10529/61

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4 8 о, Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Р»