Ультразвуковой расходомер в.и.филатова

 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

В.И. ФИЛАТОВА

Изобретение относится к измериГельной технике и может быть использовано при разработке контрольноизмерительных приборов для определения расхода, а также в точных скоростомерах потоков.

Известны ультразвуковые расходомеры, содержащие схему синхрокольца коммутатор и одноканальный преобразователь, блоки хранения и сравнения

1О информации об измерениях попеременно по потоку и против него (1).

Однако эти расходомеры обладают значительной погрешностью измерений, обусловленной вариациями параметров ез измеряемой среды при попеременном измерении по потоку и против него.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой расходомер, содержащий, два пьезодатчика, установленные на стенках трубопровода и связанные с генератором, усилитель и фильтр высокой частоты, включенные последовательно и связанные с выходами пьезодатчиков, формирователь, счетный триггер, триггер вправлений, триггер задержки, одновибратор задержки, генератор запуска, пять схем ИЛИ, десять схем И, две схемы НЕ и блок индикации (2 ).

Недостатком этого расходомера является невысокая точность измерений, обусловленная различием времени задержки сигналов в Фильтре высокой частоты, усилителе, формирователе, схеме запрета, схеме ИЛИ и генераторе импульсов каждой схемы синхрокольца.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковой расходомер вве.дены ограничитель - схема ИЛИ, четыре схемы И, два одновибратора-селектора с инверторами и линиями задерики, генератор с коммутато0ом, коммутирующий триггер, триггер выбора, две схемы HE и расширитель формирователя, 3 9225 причем один пьезодатчик соединен с одним выходом генератора с коммутатором„ входом одного одновибратораселектора с инвертором и линией задержки и одним входом ограничителясхемы ИЛИ, а другой пьеэодатчик— с другим выходом генератора с коммутатором, входом другого одновибратора-селектора с инвертором и линией задержки и другим входом ограничи- 1в теля - схемы ИЛИ, выход последней подключен к входу фильтра высокой частоты, выход которого соединен с входам усилителя, .выход усилителя соединен с одним из входов первой схемы ИЛИ, а ее выход - с входом формирователя, выход которого соединен с входами первой, пятой, шестой схем И и второй схемы НЕ, выход последней соединен с входами десятой схемы И и расширителя формирователя, выход последнего соединен с другим входом шестой схемы И, другой вход первой схемы И подключен к выходу второй схемы ИЛИ, а выход - к входу третьей схемы НЕ и входу генератора, одни входы(второй и четвертой схем И соединены с разными выходами коммутирующего триггера, а их другие входы соответственно подключены к выходам первого и второго одновибраторов-селекторов с инверторами и линиями задержки, выходы последних соединены также с входами седьмой схемы И, выход которой соединен входом генератора запусзз ка, выход последнего соединен с вхо.дами первой схемы ИЛИ непосредственно и через четвертую схему HF., выход шестой схемы И подключен к входу третьей схемы ИЛИ и к входам одиннадцатой и двенадцатой схем И, другие входы последних подключены к разным выходам коммутирующего триггера, а их выходы - к разным входам триггера направлений, выходы которого соединены с входами тринадцатой и четырнадцатой схем И, другие входы последних соединены с одним выходом счетного триггера, а выходы - с блоком индикации, другой вход третьей схемы

ИЛИ соединен с выходом, пятой схемы

И, а выход - с входом одновибратора. задержки, выход которого соединен с входом первой схемы НЕ, выход последней прдключен к входам триггера задержки и девятой схемы И, триггер задержки неинвертированным выходом подключен к входам третьей, пятой, одевятой и десятой схем И, пятой схе14 4 мы ИЛИ, а инвертированным - ко входам первой, второй, четвертой схем

ИЛИ и счетного триггера, другой вхоп пятой схемы ИЛИ подключен к выходу десятой схемы И, а выход — к входу триггера выбора, один выход последнего соединен с входом пятой схемы

И, а другой — с входами третьей и девятой схем И, выход девятой схемы

И соединен с входом четвертой схемы

ИЛИ, входы восьмой схемы И соединены с выходами четвертой схемы ИЛИ и третьЕй схемы НЕ, а ее выход - с входом коммутирующего триггера.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого ультразвукового расходомера.

Расходомер содержит укрепленные на контролируемом участке трубопровода 1 пьезодатчики 2 и 3, ограничительсхему ИЛИ 4, фильтр 5 высокой частоты, усилитель 6, первую, вторую,.третью, четвертую и пятую схемы ИЛИ 711, формирователь 12, четырнадцать схем И 13 - 26, первый и второй одновибратор-селектор 27 и 28 с инверто-. рами и линиями задержки, генератор

29 с коммутатором, коммутирующий триггер 30, триггер 31 задержки, триггер 32 выбора, счетный триггер

33 и триггер 34 направлений. Расходомер содержит также первую, вторую, третью и четвертую схемы HE 35 - 38, одновибратор 39 задержки, расширитель 40 формирователя, генератор 41 запуска и блок 42 индикации. Схема синхрокольца образована датчиками

2 и 3, ограничителем-схемой ИЛИ 4, фильтром 5 высокой частоты, усилителем 6, первой схемой ИЛИ 7, формирователем 12, первой схемой И 13 и генератором 29 с коммутатором.

Выходной сигнал расходомера снимают с выхода счетного триггера 33, либо в зависимости от направления потока - с выхода тринадцатой 25 или четырнадцатой 26 схемы И.

Предлагаемый ультразвукояой расходомер работает следующим образом.

В момент включения питания сра5атывает генератор запуска 41, передним фронтом имйульса которого через первую схему ИЛИ 7 запускается формирователь 12. Импульс формирователя 12 длительностью Т через первую схему

И 13, на другой вход которой через вторую схему ИЛИ 8 передается инвертированный сигнал триггера задержки

31,опоступает на вход запуска генера922

5 тора 29 с коммутатором и на вход третьей схемы НЕ 37. Импульс генератора с коммутатором поступит на один или другой выход только при наличии разрешающего сигнала, поступающего соответственно, с .выхода схемы И второй 14 или четвертой 16. Разрешающий сигнал на выходе одной из этих схем появится при наличии на ее входах сигнала коммутирующего триггера 30 и 1о инвертированного сигнала одновибратора-селектора 27 или 28 с линией задержки.

Предположим, что импульс генератора с первого выхода генератора с з коммутатором поступает на пьезодатчик 3 и на запуск первого одновибратора-селектора 27 с инвертором и линией задержки. Инвертированный импульс последнего задерживается линией 20 задержки на время . и поступает на входы схемы И седьмой 19 и второй

14, и на выходе последней снимается разрешающий сигнал. Таким образом, импульс длительностью т посту- 2s пает на пьезодатчик 3, который преобразует его в ультразвуковой импульс, излучаемый против потока под углом В. к оси трубы преобразователя. Инвертированный третьей схемой НЕ 37 импульс формирователя

12 через восьмую схему И 20, на другой вход которой через четвертую схему ИЛИ 10 поступает инвертированный сигнал триггера задержки 31, задним фронтом перебрасывает коммутирующий триггер 30. Импульс формирователя 12 инвертируется также второй схемой

НЕ 36 и запускает расширитель 40 формирователя. Последний генерирует импульс длительностью ьР< р.

Импульс генератора 41 запуска, инвертированный четвертой схемой НЕ 38, через первую схему ИЛИ 7 своим задним фронтом повторно запускает Формирова- < тель 12. Импульс формирователя 12 через схему первую И 13 запускает генератор 29 с коммутатором, с второго выхода которого импульс поступает на пьезодатчик 2 и на запуск второго одновибратора-селектора 28 с инвертором и линией задержки. Инвертирован". ный импульс последнего задерживается линией задержки на время pg и посту" пает на входы схем И седьмой 19 и четвертой 16, снимая на выходе последней разрешающий сигнал. Импульс длительности Т ъ поступает íà пьезодатчик 2, который преобразует его в

У4 6 ультразвуковой импульс, излучаемый по потоку под углом cL к оси трубы 1.

Инвертированный третьей схемой НЕ 37 импульс формирователя 12 через восьмую схему И 20 задним фронтом перебрасывает коммутирующий триггер 30.

Прошедший через измеряемый поток ультразвуковой импульс поступает на пьезодатчик 2 и 3, преобразуется в электрический и через ограничительсхему ИЛИ 4, фильтр высокой частоты

5 поступает на усилитель 6. Усиленный усилителем 6 импульс через первую схему ИЛИ 7 запускает формирователь 12. Далее процесс повторяется.

Поскольку в расходомере применяется . одна схема синхрокольца, поочередно работающая по потоку и против него, в нем нет разности времени задержки электронной схемой сигналов, автоциркулирующих по потоку и против него.

С выхода седьмой схемы И 19 импульсы, образовавшиеся от совпадения во времени импульсов первого и второго одновибраторов-селекторов с инверторами и линиями задержки, посту.пают на вход генератора 41 запуска, срывая его работу. Таким образом, схема И l9 контролирует прохождение импульсов схемы синхрокольца по потоку и против него. При прохождении ультразвуковых импульсов только в одном направлении, при отсутствии жидкости в трубопроводе 1 или при нарушении работы электронно1 схемы прибора импульсы на выходе седьмой схемы И 19 отсутствуют. Генератор

41 запуска генерирует импульсы, поступающие на запуск формирователя 12 и блок 42 индикации, индицируя аварийное состояние.

При совпадении во времени импульсов формирователя 12 с импульсом расширителя формирователя 40 на выходе шестой схемы И 18 образуется импульс, который через третью схему ИЛИ 9 запускает одновибратор 39 задержки.

Импульс последнего длительностью инвертируется первой схемой НЕ 35, поступает на вход девятой схемы И 21 и своим задним фронтом перебрасывает триггер 31 задержки. Перепадом напряжения с неинвертированного выхода. триггера 31 задержки через пятую схему ИЛИ 11 перебрасывается триггер

32 выбора. Импульс формирователя 12 пройдет через первую схему И 13 только при совпадении инвертированного сигнала триггера 32 выбора и неинвер7 9225 тированного сигнала триггера 31 задержки на входах третьей схемы И 15, с ее выхода сигнал через вторую схему

ИЛИ 8 гоступает на другой вход первой схемы И 13. С выхода первой схемы

И 13 инвертированный третьей схемой

HE 37 импульс через восьмую схему

И 20 задним фронтом перебросит коммутирующий триггер 30 только при совпадении неинвертированного сигнала 31 задержки, инвертированного сигнала триггера 32 выбора и инвертированного первой схемой HE 35 сигнала одновибратора 39 задержки на входах девятой схемы И 21, тогда с ее выхода 15 сигнал через четвертую схему ИЛИ 10 поступит на другой вход восьмой схемы

И 20. Инвертированный второй схемой

НЕ 36 импульс Формирователя 12 своим задним Фронтом через десятую схему 20

И 22, другой вход которой подключен к неинвертированному выходу триггера

32 задержки, и пятую схему ИЛИ 11 перебрасывает триггер 32 выбора. При совпадении неинвертированных сигналов 25 триггера 31 задержки и триггера 32 выбора, поступающих на входы пятой схемы И 17, через последнюю и третью схему ИЛИ 9 импульс формирователя 12 передним фронтом запускает одновибра- 5О тор 39 задержки. Импульс последнего: инверI тируется первой схемой HE 35 и своим задним фронтом возвращает триггер 31 задержки в исходное состояние. Перепадом напряжения с инвертированного выхода триггера 31 задержки перебрасывается счетный триггер 33 и через первую схему ИЛИ 7 запускается Фо1 мирователь l2.

1 +Ть1

1 1 где af = f<- f = — -.— - раз40

1 = Т„ Т ность частот по потоку и против него.

Поскольку Т а Г « 1, можно принять

F = af. Таким образом, на выходе устройства получают частотный сигнал, 45 прямо пропорциональный расходу потока.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, Содержащий два пьезодатчика, установленные на стенках трубопровода и связанные с генератором, усилитель и фильтр высокой частоты, включенныв последо вательно и связанные с выходом пЫфо55 датчиков, формирователь, счетный триггер, триггер направлений, триггер задержки, одновибратор задержки, ген@" ратор запуска, пять схем ИЛИ, десять

Для определения направления потока используется свойство ультразвуковых импульсов, излучаемых по потоку "Догнать" ультразвуковые импульсы, излучаемые против потока. Направление потока указывает сигнал коммутирующего триггера 30 в момент совпадения во времени импульса формирователя 12 с импульсом расширителя 40 формирователя, подаваемых на входы шестой схемы И 18. С ее выхода импульс посту- пает на входы одиннадцатой 23 и двенадцатой 24 схем И, на другие входы которых поступают сигналы с разных выходов коммутирующего триггера 30.

С выходов этих схем И сигналы поступают на разные входы триггера 34 направлений. С выхода счетного триг14 Ь гера 33 сигнал подается на входы тринадцатой 25 и четырнадцатой 26 схем

И, на другие входы которых поступают сигналы с разных выходов триггера 34 направпений. Индикатор 42 показывает направление потока в зависимости от сигнала, поступающего на его входы с выхода тринадцатой 25 или четырнадцатой 26 схем И. В зависимости от направления потока на выход устройства поступает сигнал частоты F переключений счетного триггера 33 Uq „ или Uqg снимаемый с выходов тринадцатой схемы

И 25 или четырнадцатой схемы И 26, или независящий от направления потока сигнал, снимаемый с выхода счетного триггера 33.

Период следования импульсов счетного триггера 33, определяемый моментами совпадений импульсов формирователя 12 с импульсами расширителя формирователя 40, может быть выражен

Т= — = nT„+Т = (n-1) Т +Т

1 где n — количество полных периодов

Т СТ (или Т (Т„) за период Т;

Т,Т - периоды автоциркуляции импульсов по потоку и против него.

После несложных преобразований из этого выражения получаем

9 9225 схем И, две схемы HE и блок индикации, а т л и ч а Ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены ограничительсхема ИЛИ, четыре схемы И, два одновибратора-селектора с инверторами и ли= ниями задержки, генератор с коммутатором, коммутирующий триггер, триггер выбора, две схемы НЕ и расширитель. формирователя, причем один пьезо- 10 датчик соединен с одним выходом генератора с коммутатором, входом одного одновибратора-селектора с инвертором и линией задержки и одним входом ограничителя-схемы ИЛИ, а другой пье- ts зодатчик - с другим выходом генератора с, коммутатором, входом другого одновибратора-селектора с инвертором и линией задержки и другим входом ограничителя - схемы ИЛИ, выход послед" 20 ней подключен к входу фильтра высокой частоты, выход которого соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с одним из входов первой схемы ИЛИ, а ее выход - с входом 2s формирователя, выход которого соединен с входами первой, пятой, шестой схем И и второй схемы НЕ, выход последнЕй соединен с входами десятой схемы И и расширителя формирователя, зв выход последнего соединен с другим входом шестой схемы И, другой вход первой схемы И подключен к выходувтО-. рой схемы ИЛИ, а выход - к входу третьей схемы НЕ и входу генератора, одни входы второй и четвертой схем И соединены с разными выходами коммутирующего триггера, а их другие входы соответственно подключены к выходам первого и второго одновибраторов-се- 4О лекторов с инверторами и линиями задержки, выходы последних соединены также с входами седьмой схемы И, выход которой соединен с входом генератора запуска, выход последнего со14 10 единен с входами первой схемы ИЛИ непосредственно и через четвертую схему НЕ, выход шестой схемы И подключен к входу третьей схемы ИЛИ и к входам одиннадцатой и двенадцатой схем И, другие входы последних подключены к разным выходам коммутирующего триггера, а их выходы - к разным входам триггера направлений, выходы которого соедйнены с входами тринадцатой и четырнадцатой схем И, другие входы последних соединены с одним выходом счетного триггера, а выходы - с блоком индикации, другой вход третьей схемы ИЛИ соединен с выходом пятой схемы И, а выход - с входом одно-. вибратора задержки, выход которого соединен с входом первой схемы HE выход последней подключен к входам триггера задержки и девятой схемы И, триггер задержки неинвертированным выходом подключен к входам третьей, пятой, девятой и десятой схем И, пя той схемы ИЛИ, а инвертированнымк входам первой, второй, четвертой схем ИЛИ и счетного триггера, другой вход пятой схемы ИЛИ подключен к выходу десятой схемы И, а выход - к входу триггера выбора, один выход последнего соединен с входом пятой схемы И, а другой - с входом третьей и девятой схем И, выход девятой схемы И соединен с входом четвертой схемы ИЛИ, входы восьмой схемы И соединены с выходами четвертой схемы ИЛИ и третьей схемы НЕ, а ее выход - с входом коммутирующего триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 248269,. кл. G 01 1," "1/00, 1960.

2. Расчет и конструирование расходомеров. Под ред. П.П. Кремлевского.

И., нйашиностроение", Л., 1976, с. 130-133.

Заказ 2556/52 Тираж 673

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП - Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Составитель И, Засяедников

Редактор Л. Грвтилло ТехредЕ.Харитончик Корректор А., Грицвико