Ультразвуковой ротаметрический расходомер

 

Союз Советснмк

Социалистические

Рос убл

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ :ВИДЕТЕЛЬСТВУ

||||:916991 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30. 04. 80 (21) 2917872/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 03. 82 .. Бюллетень 1|11| 12

Дата опубликования описания 30. 03. 82 (51)N. Кл.

G 0l F 1/66

1ееудерстеаееыа кемитет

СССР ае делам ваебретений и еткрыткй (53) УДК 681. 121 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А.Д.Астахов, Г.П.Лукаш, Е.С.Очнев и О.Н.Ди нов

: ) )

Ю

".-) ) (7l) заявители (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РОТА11ЕТРИЧЕСКИЙ РАСХОДОИЕР

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к ротаметрическим расходомерам.

Известно устройство для измерения расхода среды, содержащее помещенный в трубку поплавок, преобразователь перемещения поплавка, расположенный снаружи трубки, регистратор tll.

Однако у этих устройств отсутствует возможность непосредственного

10 наблюдения за положением поплавка, закрытого катушкой, ограничен выбор материалов для изготовления поплавка и ротометрической трубки.

Наиболее близким по технической !

5 сущности к предлагаемому является устройство для измерения расхода жидкости, содержащее помещенный в измерительную тру бку поплан ок, ульт развуковой преобразователь, измеритель временных интервалов и регистратор|.21.

К недостаткам этого устройства относится ненадежность работы в случае, когда поплавок находится вблизи ультраз вукового преобразователя из-за наличия так называемой мертвой зоны, обуславливаемой паразитными колебаниями пьезоэлемента после его возбуждения.

Цель изобретения — повышение точности и надежности измерения расхода.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее помещенный в измерительную трубку поплавок, первый обратимый электроакустический преобразователь, размещенный на одном конце трубки и соединенный с первым измерителем временных интервалов, и регистратор, введены второй обратимый электроакустический преобразователь, размещенный на противоположном конце трубки и соединенный с вторым измерителем временных интервалов, три вычитателя, задатчик разности, делитель, два ключа, схемы И3Ш, НЕ и схема сравнения,. причем выходы являются напряжения, соответствующие новым значениям расстояний Н 1 и

Н . Напряжения Н и Н вычитаются друг из друга в схеме 8 и разностное напряжение поступает на схему 9, где оно вычитается из напряжения, численно равного Н-h и поступающего от эадатчика 11, выполненного в виде стабилизированного источника напряжения с двумя выходами. Другой выход задатчика 11 с таким же напряжением

Н-h подключен к схеме 10. В схеме

10 из этого напряжения вычитается напряжение Н, поступающее на другой ее вход с измерителя 6.

Таким образом на выходе схемы вычитания 9 будет напряжение, равное разности (Н-h) "(Н -Нд) =2Н q, а на

3 91699 обоих измерителей временных интервалов подключены к входам первого вычитателя, выход которого через второй вычитатель, делитель и первый ключ подключены к первому входу регистратора, и параллельно выходы измерителей временных интервалов, первого непосредственно, а второго . через третий вычитатель, подключены к входам схемы сравнения и схемы ИЛИ, 1в выход которой через второй ключ под" ключен к второму входу регистратора, выход схемы сравнения подключен через схему НЕ к второму входу первого ключа и непосредственно к второму входу второго ключа, при этом выходы задатчика разности подключе" ны ко вторым входам второго и третьerо вычитателей.

На чертеже представлена блок-схема ультразвукового ротаметрического расходомера.

Устройство содержит измерительную трубку 1, поплавок 2, первый и второй обратимые электроакустические преобразователи 3 и 4, первый и второй измерители временных интервалов 5 и

Ь, регистратор 7, первый 8, второй

9 и третий 10 вычитатели, задатчик разности 11, делитель 12, первый 13 и второй 14 ключи, схему НЕ 15, схему ИЛИ 16 и схему 17 сравнения отклонения показаний измерителя временных интервалов, выполненную в виде индикатора равенства сигналов на вхо3S дах. схемы ИЛИ.

Каждый измеритель временных интервалов содержит генератор электрических импульсов для возбуждения УЗ-преобразователей, приемник электрических импульсов, соответствующих отра40 женным ультразвуковым импульсам, измеритель-преобразователь времени между посылкой зондирующего и приемом отраженного импульса в постоянное напряжение, пропорциональное расстоянию

4$ от УЗ-преобразователей до поплавка 2.

Задатчик разности представляет со.бой источник постоянного напряжения, на выходе которого уровень напряжения численно равен разности расстояний между преобразователями 3 и 4 и высотой поплавка (Н-h).

Устройство работает следующим образом. И

При увеличении расхода поплавок

2 перемещается вверх.При этом время прохождения акустического импульса

1 4 от поплавка до нижнего преобразователя 3 увеличивается, а до верхнего преобразователя 4 уменьшается.

При работе устройства.электрические зондирующие импульсы одинаковой частотой синхронно поступают на

УЗ-преобразователи 3 и 4 с соответствующих измерителеи 5 и 6.

Электрические импульсы превращаются преобразователями в ультразвуковые, которые распространяются в жидкости до поплавка и отражаются от него. Отраженные УЗ-импульсы снова превращаются преобразователями 3 и

4 в электрические импульсы, которые регистрируются. измерителями 5 и 6.

Интервалы времени между посылкой зондирующих импульсов и приемом соответствующих отраженных импульсов получаются пропорциональными расстояниям Н и Н от преобразователей до поплавка и соответствующим образом измеряемому расходу.

Интервалы времени преобразуются измерителями 5 и 6 в постоянное на,пряжение, уровень которого численно равен соответственно расстояниям и Н2.

При измерении расхода, например увеличении, поплавок 2 перемещается вверх и расстояние Н„ увеличивается, а расстояние Н уменьшается на одну и ту же величину.

Соответственно время прохождения акустического импульса от поплавка до нижнего преобразователя 3 увеличивается, а до верхнего преобразователя уменьшается на одну и ту же величину.

На выходах измерителей 5 и 6 по6991 ства, 30

5 9l выходе схемы 12 после деления на 2 получается напряжение Н4 °

На выходе схемы вычитания 10 на- . пряжение также равно разности

Ъ (Н-1) -H3 -=Н

Таким образом при нормальной работе устройства на выходах схем

5, 10 и 12 получается одно и то же напряжение равное Н и прямо пропорциональное измеряемому расходу.

Однако на выходе делителя 12 напряжение меньше зависит от изменения скорости ультразвука в жидкости, так как погрешности при измерении рас" стояний Н4 и Н2 имеют один и тот же знак и вычитаются друг из друга при вычитании соответствующих напряжений в схеме 8.

На выходах схем 5 и 10 напряжения будут больше з ависет ь от иэ ме" нения скорости распространения ультразвука в жидкости, вызванного изменением, например, физических свойств жидкости и .температуры.

Поэтому при нормальной работе через открытый ключ 13 на выход регистратора 7 поступает напряжение Н, как наиболее точно соответствующее измеряемому расходу.

Если отраженный сигнал от одного из преобразователей 3 или 4 пропадает, то нарушается равенство напряжений, поступающих на входы схемы сравнения 17 с выходов схем 2 и 10., При отсутствии равенства сигналов на входах схемы 17, на ее выходе появляется напржкение, соответствующее логической "1". От этого напряжения ключ 14 открывается, на вы-, ходе схемы НЕ появляется напряжение, II II соот вет ст ву юц ее логическому 0, от которого ключ 1 3 закрывается .

1!оэтому напряжение Н1 через закрытый ключ 13 не попадает на регистратор 7. А через открытый ключ

14 и схему И31И 16 на регистратор поступит напряжение Н со схемы 5 или

10 в зависимости от того, с какого преобразователя пропал сигнал.

При появлении сигналов на выходах обоих преобразователей 3 и 4 и соот ветствующих им измерителей схема сравнения 17 подает сигнал о равенстве напряжений на выходах схем 5 и 10 соответствующий логическому

"0" при этом ключ 14 закрывается, а ключ 13 открывается, и напряжение

1О

Н1 на регистратор будет снова поступать с делителя 12.

В случае надежного приема сигна,лов с обоих преобразователей для регистрации используется напряжение с делителя 12. При этом по сравнению с известным устройством повышается точность измерения в случае изменения скорости распространения ультразвука в жидкости, например, иэ-за изменения температуры последней.

В случае, если в процессе измерения изменяется ско1.ость распространения ультразвука и возможно пропадание сигнала с одного из преобразователей, то используется вся схема устройства, изображенного на чертеже.

Таким образом, применение в предлагаемом устройстве двух УЗ-преобразователей положения одного поплавка дает дополнительные возможности для повышения точности измерения расхода при изменении физ.ических параметров измеряемой среды и для повышения надежности работы устройФормула изобретения

Ультразвуковой ротаметрический расходомер, содержащий помещенный в измерительную трубку поплавок, первый обратимый электроакустический преобразователь, размещенный на одном конце трубки и соединенный с первым измерителем временных интервалов, и регистратор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, в него введены второй обратимый электроакустический преобразователь, размец енный на противоположном конце трубки и соединенный с вторым измерителем временных интервалов, три вычитателя, задатчик разности, делитель, два клича, схемы lliIH, НЕ и схема сравнения, причем выходы обоих измерителей временных интервалов подключены к входам первого вычитателя, выход которого через второй вычитатель, делитель и первый ключ подключен к первому входу регистратора, и параллельно выходы измерителей временных интервалов, первого непосредственно, а второго через третий вычитатель, подключены к входам схемы сравнения, и схемы ИЛИ, выход кото916991

7 рой через горой ключ подключен к второму входу регистратора, выход схемы сравнения подключен через схему

HE к второму входу первого ключа и непосредственно к ..второму входу вто - y рого ключа, при этом выходы задатчика разности подключены к вторым входам вт орого и третьего вычитат еля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l . Авторское свидетельство СССР

В 362991, кл. G О! F 1/22,,!970.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 681327, кл. G О! F 23/10, 1974 (прототип).

Составитель Н. Вурбело

Редактор И. Тыкей Техред А. Ач Корректор С.йекмар

Заказ !871/59 Тирам 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IIIIII Патент, г. Уятород, ул. Проектная, 4