Ультразвуковой расходомер для измерения малых расходов жидкости

 

и (1ц 918790

Союз .СОЭ4теинк

Сециапиетичес пик

Реапубпин

OflHCAHMK

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

I ° (22) Заявлено 29.09.80 (21) 2988196/18-10 (53)M. Кл. с нрисоели пением заявки .рй

G 01 F 1/66

ВвудвретевкаЖ квнвтет

СССР ае двввм нзебретевкй в втврнткй (23) Приоритет

Опубликовано .07. 04. 82. Бюллетень М 13 (53) УДК681.121 (088. 8) Дата опубликования описания 07. 04е 82

В) с.т 4" .И. Полнее у ау а

И.И. Герасимов, С.Л. Комиссаров, и Д.Ю. Юдин (72) Авторы изобретения

Иосковской ордена Ленина, ордена ктябрйсксой "

Революции и ордена Трудового Красного Зйамеви-— высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОИЕР ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ИАЛЫХ РАСХОДОВ ЖИДКОСТИ тr -т, „ат т„.т, т„-т

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для измерения .малых и быстропеременных расходов жид- кости в химическом и транспортном машиностроении, в химическом и ме5 таллургическом производстве,при проведении научно-исследовательских работ.

Известны ультразвуковые расходо"

10 меры, выполненные по двухканальной схеме, содержащие излучатели,прием.ники ультразвука, задающие генераторы, усилители, модуляторы, блок выделения разностной частоты, измеритель и регистратор 313.

Недостатком известного расходо" мера является малая точность при измерении малых расходов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой расходомер, содержащий трубопровод, два акустико-электронных канала,- каждый иэ которых содержит обратимый электроакустичеС кий преобразователь, подключенный через коммутатор к усилителю-формирователю и блоку управления коммутатором, измеритель времени, счетчик, блока преобразования в обратные величины, задающий генератор, а также измеритель разности обратных величин (2 3..

В этом расходомере измеряется время прохождения ультразвуковых колебаний по и против потока жидкости. Измеренные величины времени запоминают и преобразуют в обратные

3 1 величины — и вЂ, а затем опредеТ ., TQ ляют разность между обратными величинами временных интервалов, которая пропорциональна величине расхода жидкости в трубопроводе и не зависит от скорости звука в среде:

918

790

3 где О - расход жидкости, К - постоянный коэффициент;

Т - время прохождения ультразвуковых импульсов по по току;

Т - время прохождения ультразвуковых импульсов против потока.

Однако при малых расходах жидкости, при которых скорость потока жидкости меньше 1 м/с, отличие ве личин Т и Т мало, порядка десятых долей микросекунд, устройство имеет ограниченную точность и требует для, своей реализации специальных сверхбыстродействующих цифровых элемен-. тов.

Цель изобретения - увеличение точности измерения малых расходов жидкости, при которых скорость потока жидкости в трубопроводе меньше 1 м/с.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее трубопровод, два акустико-электронных канала, каждый из которых содержит обратимый электроакустический преобразователь, подключенный через . коммутатор к усилителю-формирователю и блоку управления коммутатором, . а также импульсный автогенератор и формирователь импульсов, введены блок задержки, и аналоговый вычислитель, состоящий из формирователя модулирующих импульсов и последовательно соединенных блока выделения . разности времени задержки, первого ,демодулятора,модулятора, второго де- модулятора и масштабного усилителя, а в каждый акустико-электронный канал введен блок стробирования,включенный между усилителем-формирователем и входом блока выделения разности времени задержки, причем вход импульсного автогенератора подключен к выходу блока стробирования второго канала, его выход подключен к входам блоков управления коммутаторами обоих каналов, а через блок задержки и формирователь импульсов " к электроакустическим преобразователям, при этом формирователь модулирующих импульсов включен между вы. ходом схемы стробирования первого канала и входом модулятора.

На чертеже представлена блоксхема предлагаемого ультразвукового расходомера.

1О

И

23

М

ЭЗ

4$

5В

Расходомер состоит из двух пьезоэлектрических преобразователей 1 и

2, трубопровода 3, подводящего патрубка 4, отводящего патрубка 5, высоковольтного формирователя 6 импульсов, двух управляемых коммутаторов 7 и 8, двух блоков 9 и 10 уп" равления коммутаторами, двух усилителей-формирователей 11 и 12 блока

13 задержки, синхронизируемого автогенератора 14, двух блоков 15 и

:;16 стробирования, блока 17 выделения

:;разности времени задержки, первого демодулятора (фильтра нижних частот)

18, формирователя 19 модулирующих импульсов, модулятора 20, второго демодулятора 21 и масштабного усилителя 22.

Расходомер работает следующим образом.

В трубопроводе 3 с подводящим 4 и отводящим 5 патрубками по торцам установлены друг против друга два ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователя 1 и 2, которые одновременно выполняют функции возбудителей и приемников ультразвуковых колебаний. Синхронизируемый автогенератор 14 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов частотой 7,5 кГц. С помощью блока 13 задержки по переднему фронту этих импульсов формируется и задерживается на 2 мкс импульс длительностью 1 мкс, который подается на высоковольтный формирователь б и с него на пьезоэлектрические преобразователи. Задержка на 2 мкс необходима для нормальной работы коммутаторов 7. и 8, которые с помощью блоков 9 и 10 управления коммутаторами запирают на время излучения ультразвуковых колебаний входные цепи приемников.

После окончания излучения коммутаторы переключают преобразователи на прием, открывая входные цепи усилителей"формирователей 11 и 12.Пройдя по и против потока, ультразвуковые колебания выделяются пьезоэлектрическими преобразователями и через коммутаторы подаются на усилителиформирователи, которые усиливают и преобразуют высокочастотные колебания в пачки импульсов. Затем блоки

1 и Т6 стробирования выделяют из пачек первые импульсы, одним иэ которых запускается синхронизируемый автогенератор, и процесс повторяется. Таким образом, организуется зам9!8790 6 валяет повысить точность измерения малых расходов жидкости и увеличить частотный диапазон при измерении быстропеременных расходов.

1О ьт

U„- =U т„ (2) () 40

5 кнутая схема синхрокольца. Принятые и обработанные сигналы ультразвуковых преобразователей в виде импульсов поступают на блок 17 выделения разности времени задержки, с которой снимается последовательность импульсов длительностью Т = Т - Т4 и периодом следования Т„. Эта последовательность импульсов демодулируется фильтром 18 нижних частот, на выходе которого получается напряжение:

Затем это напряжение длительностью ТО с помощью формирователя 19 модулирующих импульсов; синхронизируемого с частотой 1/Т „, модулируется модулятором 20 и затем вто- 20 рично демодулируется фильтром 21 нижних частот, на выходе которого получается напряжение: т, «hт,bT

" =" т = QTo T1. = т (3)

4 1. 1

Выражение (3) отличается от выражения (1) тем, что в знаменателе вместо произведения Т Т стоит Т„, 1 но ввиду того, что.- разность . 30

Т g - Т„ < 0,2 мкс, а величины Т, и

Т порядка 133 мкс, погрешность от такой замены будет около 0,154, что в большинстве случаев приемлимо.ансли расход жидкости изменяется во времени, длительность импульса Т будет функцией времени, тогда:

Масштабный усилитель (устройство умножения на постоянный коэффициент) 22 служит для приведения .сигнала (3) к виду (1) и для получения .4 сигнала пропорционального массовому расходу.—

Использование предлагаемого ульт-, развукового расходомера для определе->О ния величины расхода жидкости поз- .

Формула изобретения ультразвуковой расходомер для измерения малых расходов жидкости, содержащий трубопровод, два акустикоэлектронных канала, каждый из которых содержит обратимый электроакустический преобразователь, подключенный через коммутатор к усилителюформирователю и блоку управления коммутатором, а также импульсный автогенератор и формирователь импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении малых расходов, в устройство введены блок задержки и аналоговый вычислитель, состоящий из формирователя модулирующих импульсов и последовательно соединенных блока выделения разности времени задержки, первого демодулятора, модулятора, второго демодулятора и масштабного усилителя, а в каждый акустико-электронный канал введен блок стробирования, включенный между усилителемформирователем и входом блока выделения разности времени задержки,причем вход импульсного-автогенератора подключен к выходу блока стробирования второго канала, его выход подключен к входам блоков управления коммутаторами обоих каналов, а че" рез блок задержки и формирователь импульсов - к электро-акустическим преобразователям, при этом формирователь модулирующих импульсов включен между выходом схемы стробирования первого канала и входом модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Биргер Г.И. и Бражников Н.И.

Ультразвуковые расходомеры. М., "Металлургия", 1964, с. 67.

2. Патент ФРГ и 243!346, кл. 6 01 Р 1/66, 1976 (прототип).

918790

Составитель H. Ьурбело

Техред C. Иигунова Корректор 6. Бутяга

Редактор О. Юрковецкая

Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, W-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2121/24 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4