CN2114811U

CN2114811U - 锁相频差超声流量计

Info

Publication number: CN2114811U
Application number: CN 92201726
Authority: CN
Inventors: 邵元兴; 陈伯诚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-25
Filing date: 1992-01-25
Publication date: 1992-09-02

Abstract

一种锁相环频差超声流量计，采用连续频差法，利用顺逆二个脉冲声道的频率差测定流速而得到管截面流量模式，它由二个顺逆二个系统和差频器组成。每一个系统则由接收换能器、接收解调器、过零比较器、锁相环、波形变换器、调制器、功率放大器和发射换能器组成。它具有不受流体温度影响的优点，使仪器的精度提高，反应速度快。它可用于化工、石油、自来水管道中的流量检测。

Description

本实用新型属于一种液体流量测量仪器，它可应用于化工、石油、自来水等管道的流量检测。

目前的超声流量计有采用时差法、相位差法、频差法（声环法）。这三种方法都是脉冲断续发射－－接收方式。我们知道，用时差法或相位差都受到由温度影响的声速影响，生产较大的测量误差。频差法是利用顺逆二个脉冲声道的频率（即声环）差测定流速而得到管截面流量模式，此种流量与频差关系已没有声速项，也即与液温没有关系，这种方法的应用受到极大重视，特别是变换器有二个折射面时，在声楔中的声速C′受温度影响极小，△C′引起的测量误差可减少一个数量级，而声环频率测量精度可测到相当高。但是通常研制的采用脉冲声环法的流量计，往往会受到偶然因子扰动，例如汽泡或颗粒杂质等阻挡，使工作过程破坏，产生不稳定现象。另外，工业管道内流体一般都属于不稳定，对声脉冲有较大影响，使接收到的形脉冲畸变较大，带来不稳定因素。

本实用新型的目的是提供一种采用连续波发射、双声道锁相处理的频差法测量的流量计。这种流量计克服了前述的不稳定因素，使流量计能可靠稳定工作。

本实用新型采用双声道，即顺环系统Ⅰ和逆环系统Ⅱ和差频器Ⅲ组成，见图1。顺环系统Ⅰ和逆环系统Ⅱ结构相同，只是发射方向相反这种系统由接收换能器1、接收解调器2、过零比较器3、锁相环4、波形变换器5、调制器6、功率放大器7和发射换能器8组成。

下面结合图2说明工作原理如下：

顺环系统Ⅰ：经过调制的高频信号发生器由集成电路IC₅（74HCO4）及外围电路组成石英稳频电路，该电路为一个多谐振荡器，石英晶振为10兆赫。信号经三极管BG₃功率放大后推动换能器（锆钛酸铝压电晶片），向管道液体发射超声波，接收换能器1接收的信号经调幅放大，解调成正弦调制波，接收解调器由集成电路IC₁（D2204）及外围电路组成。R₁C₁是自动增益电路，L₁C₃组成接收信号的谐振电路，带宽小于10KHZ已满足要求，集成电路D2204内部电路可完成调幅检波，输出信号经三极管BG₁放大后推动集成电路IC₂比较器。过零比较器3由集成电路IC₂（LM393）及外围电路组成迟滞比较，C₅、C₆使信号过零比较形成通路，比较信号由集成电路IC₂的7脚进入锁相环4的输入端14脚。锁相环4由集成电路IC₃（CD4046）及外围电路R₁₀、R₁₁、R₁₂、C₉、C₁₀组成。R₁₁、R₁₂、C₉组成比例积分型环路滤波器，它具有低通滤波性质，把鉴相器检出的相位误差转换成直流电压去推动压控振荡器，由4端输出的方波频率信号反馈到鉴相器另一输入端3脚与14脚输入信号比较，以消除相位误差，在13脚输出滤波时，相位误差可自动校正到零，以满足数学模型中的假设条件，压控振荡器中心频率由R₁₀、C₁₀调定。集成电路IC₃输出脚4端方波信号fm₁分二路，一路fm₁可直接到差频器Ⅲ与fm₂相减，以取得频差；另一路要把此方波信号送到集成电路IC₄转换为正弦信号，才可调制高频信号以载波形式发送到管道中去。波形变换器5由集成电路IC₄（CD4069）及外围电路R₁₃、C₁₁、C₁₂组成。C₁₁可防止电路振荡，C₁₂是积分电容，R₁₃是产生使反相器变成线性放大器所需工作点的电阻。正弦波由8脚输出至调制器6经开关管BG₂去调制高频信号，BG₂的发射极串接在集成电路IC₅中，BG₂基极电压的变化使其射极输出电压变化，因而IC₅的有效电源电压发生相应变化，使高频信号受到调制。被调制的信号经功率放大器7功放后送至发射换能器8发射。

逆环系统Ⅱ的电路原理与顺环系统完全一样，只是方向相反。

本实用新型的数学模型为：

Q＝ (KLπD²)/(8ncosα) △fm

L┄声路长度

n┄波数

D┄管内径

K┄与雷诺数有关的系数

△fm┄顺逆向频差

公式中消去了与温度有关的声速项，而频差由电路IC₁₁直接相减而得。由于式中其它各项都是常数，运算十分方便，后继设备完成运算后直接显示，记录瞬时，累计流量。

本实用新型的优点是采用了相位法与频差法相结合，使流量计既具有相位检测容易，又具有不受流体温度影响的优点。其次，用双声道连续波发收，因而不会产生杂波干扰，声道系统工作稳定可靠。再有，用锁相跟踪环，消除了相位误差，满足了建立数学模型时的假设条件，使仪器精度提高，反应速度快。

附图说明：

图1是本实用新型的方框图。

图2是本实用新型的电原理图。

实施例：

本实用新型测试的管道直径为50mm，发射、接收换能器选用PZT－5晶片，厚度为0.2mm。本实用新型的主要元器件型号或参数如下：

IC₁集成电路D2204

IC₂集成电路LM393

IC₃集成电路CD4046

IC₄集成电路CD4069

IC₅集成电路74HC04

IC₆集成电路4013

BG₁三极管 9011

BG₂三极管 9012

BG₃三极管 8050

R₁、R₆电阻器 10KΩ

R₃、R₈、R₁₈电阻器 4.7KΩ

R₄、R₅、R₁₂电阻器 100KΩ

R₇电阻器 10MΩ

R₁₁电阻器 1MΩ

R₂、R₃、R₁₄电阻器 2.7KΩ

R₁₅、R₁₆、R₁₇电阻器 1KΩ

R₁₀精密多圈电位器30KΩ

C₁、C₇、C₁₀电容器510P

C₂、C₅、C₈、C₁₄电容器 0.01uf

C₉电容器 2uf

C₁₂电容器 820P

C₁₃电容器 2200P

Claims

1、一种锁相频差超声流量计，采用连续频差法，利用顺逆二个脉冲声道的频率差测定流速而得到管截面流量模式，它由顺环系统Ⅰ、逆环系统Ⅱ和差频器Ⅲ组成，其特征是每一个系统则由接收换能器1、接收解调器2、过零比较器3、锁相环4、波形变换器5、调制器6、功率放大器7和发射换能器8组成。

2、根据权利要求1所述的锁相频差超声流量计，其特征是所说的锁相环4由集成电路CD4046及其外转电路R₁₀、R₁₁、R₁₂、C₉、C₁₀组成。

3、根据权利要求1所述的锁相频差超声流量计，其特征是所说的波形变换器5由集成电路CD4069及外围电路R₁₃、C₁₁、C₁₂组成。