RU167569U1 - ULTRASONIC GAS FLOW METER - Google Patents
ULTRASONIC GAS FLOW METER Download PDFInfo
- Publication number
- RU167569U1 RU167569U1 RU2016126386U RU2016126386U RU167569U1 RU 167569 U1 RU167569 U1 RU 167569U1 RU 2016126386 U RU2016126386 U RU 2016126386U RU 2016126386 U RU2016126386 U RU 2016126386U RU 167569 U1 RU167569 U1 RU 167569U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- shaper
- comparator
- signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
Abstract
Предлагаемое решение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода газа в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Прибор содержит первичный преобразователь расхода с двумя приемоизлучающими электроакустическими преобразователями, входной коммутатор, усилитель, амплитудно-временной селектор, формирователь зондирующего сигнала, счетчик грубого отсчета, схему интерполяции, схему вычитания, блок динамического усреднения, тактовый генератор, формирователь временных интервалов и вычислитель. Приемоизлучающие электроакустические преобразователи соединены с формирователем зондирующего сигнала и усилителем, соединенным со счетчиком грубого отсчета, схемой интерполяции и схемой вычитания. Формирователь временных интервалов первым выходом соединен с входом формирователя зондирующего сигнала и первым входом счетчика грубого отсчета, вторым выходом соединен с входом коммутатора, третий выход соединен со вторым входом схемы интерполяции, четвертый выход соединен с входом вычислителя, выход которого является выходом устройства. Тактовый генератор соединен с формирователем временных интервалов, входами счетчика грубого отсчета и схемы интерполяции. Он содержит оконный компаратор, коммутатор измерений и мультипороговый компаратор. Вход оконного компаратора соединен с усилителем, а выход - с формирователем временных интервалов. Первые входы коммутатора измерений и мультипорогового компаратора соединены с выходом схемы вычитания. Второй вход мультипорогового компаратора соединен с блоком динамического усреднения, третий вход мультипорогового компаратораThe proposed solution relates to measuring equipment and can be used to measure gas flow in industry and housing and communal services. The device contains a primary flow transducer with two transceiving electro-acoustic transducers, an input switch, an amplifier, an amplitude-time selector, a probe signal shaper, a coarse counter, an interpolation circuit, a subtraction circuit, a dynamic averaging unit, a clock generator, a time interval shaper, and a calculator. Acoustic transducers are connected to the probe signal generator and an amplifier connected to a coarse counter, an interpolation circuit and a subtraction circuit. The time interval former is connected to the input of the probe signal generator and the first input of the coarse counter, the second output is connected to the input of the switch, the third output is connected to the second input of the interpolation circuit, the fourth output is connected to the input of the calculator, the output of which is the output of the device. The clock generator is connected to the shaper of time intervals, inputs of the coarse counter and the interpolation circuit. It contains a window comparator, a measurement switch, and a multi-threshold comparator. The input of the window comparator is connected to the amplifier, and the output is connected to the shaper of time intervals. The first inputs of the measurement switch and multi-threshold comparator are connected to the output of the subtraction circuit. The second input of the multi-threshold comparator is connected to the dynamic averaging unit, the third input of the multi-threshold comparator
Description
Предлагаемое решение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода газа в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве.The proposed solution relates to measuring equipment and can be used to measure gas flow in industry and housing and communal services.
Известен ультразвуковой счетчик газа [1], содержащий первичный преобразователь расхода, формирователь зондирующих сигналов, коммутатор аналоговых сигналов, генератор тактовых импульсов, усилитель, измерительный счетчик, формирователь цифрового сигнала, блок формирования временной диаграммы, схему вычитания кодов, умножитель кодов, память коэффициентов, накапливающий сумматор, схему модификации кодов, схему сравнения кодов, компаратор и триггер.Known ultrasonic gas meter [1], containing a primary flow transducer, probing signal shaper, analog signal switcher, clock generator, amplifier, measuring counter, digital signal shaper, time chart generating unit, code subtraction circuit, code multiplier, coefficient memory, accumulating adder, code modification scheme, code comparison scheme, comparator and trigger.
Недостатком данного решения является то, что поддержание постоянного уровня сигнала на выходе приемных датчиков осуществляется за счет изменения амплитуды зондирующих сигналов, причем регулировка осуществляется по результатам оценки принятого сигнала только на следующем такте измерения, а амплитуда сигнала на выходе приемных датчиков опосредованно связана с амплитудой зондирующего сигнала. Известно, что при больших скоростях потока существенное увеличение флуктуации принимаемого сигнала вызывается за счет их рассеяния на турбулентных вихрях потока, что в особенности относится к газовым потокам, имеющим малую кинематическую вязкость. Причем изменения амплитуды сигнала при зондировании, как по потоку, так и против потока, могут составлять два и более раз. При больших скоростях потока данное решение не позволяет оперативно следить за изменением принимаемого сигнала, что может приводить к сбоям и ошибкам в регистрации и измерении параметров сигнала или к необоснованным регулировкам при случайных флуктуациях сигнала.The disadvantage of this solution is that maintaining a constant signal level at the output of the receiving sensors is carried out by changing the amplitude of the probing signals, and adjustment is carried out according to the results of evaluating the received signal only at the next measurement step, and the amplitude of the signal at the output of the receiving sensors is indirectly related to the amplitude of the probing signal . It is known that at high flow rates, a significant increase in the fluctuation of the received signal is caused by their scattering by turbulent flow vortices, which in particular relates to gas flows having a low kinematic viscosity. Moreover, changes in the signal amplitude during sounding, both in the flow and against the flow, can be two or more times. At high flow rates, this solution does not allow to quickly monitor the change in the received signal, which can lead to malfunctions and errors in the registration and measurement of signal parameters or to unreasonable adjustments in case of random signal fluctuations.
Наиболее близким техническим решением является ультразвуковой расходомер [2], содержащий измерительный участок с приемопередающими электроакустическими преобразователями, входной коммутатор, формирователь зондирующего сигнала, усилитель с автоматической регулировкой усиления (АРУ), амплитудно-временной селектор, счетчик грубого отсчета, схему интерполяции, блок динамического усреднения, тактовый генератор, формирователь временных интервалов и вычислитель.The closest technical solution is an ultrasonic flow meter [2], which contains a measuring section with transceiver electroacoustic transducers, an input switch, a shaper of a probing signal, an amplifier with automatic gain control (AGC), an amplitude-time selector, a coarse counter, an interpolation circuit, a dynamic averaging unit , a clock generator, a shaper of time intervals and a computer.
Счетчик работает следующим образом. Измерения выполняются в два такта: при зондировании по потоку и против потока измеряемой среды. Входной коммутатор обеспечивает передачу/прием сигналов соответствующего электроакустического преобразователя (ЭАП) первичного преобразователя расхода. В начале такта измерения на схему формирователя зондирующего сигнала с первого выхода формирователя временных интервалов поступает сигнал запуска зондирования, который управляет формированием зондирующего сигнала, а на входной коммутатор со второго выхода формирователя временных интервалов поступает сигнал разрешения зондирования. По концу сигнала запуска зондирования на выходе формирователя зондирующего сигнала формируется зондирующий сигнал и одновременно разрешается работа счетчика грубого отсчета. Прошедший через измеряемую среду сигнал через входной коммутатор подается на вход усилителя с АРУ и после усиления поступает на амплитудно-временной селектор, который содержит компараторы контроля уровня сигнала. При превышении амплитуды колебания в принятом сигнале заданного порогового уровня это колебание выделяется как рабочий импульс сигнала. В момент перехода отрицательного фронта рабочего импульса через ноль запускается преобразование временного интервала в напряжение. Интервал преобразования завершается по фронту импульса эталонной частоты с тактового генератора. Количество эталонных импульсов от заднего фронта сигнала запуска зондирования до конца преобразования временного интервала в напряжение фиксируется счетчиком грубого отсчета как код грубого отсчета временного интервала. С помощью схемы интерполяции производится преобразование в код временного интервала, сформированного амплитудно-временным селектором в пределах периода частоты эталонного тактового генератора. С выхода схемы интерполяции значение кода поступает в блок динамического усреднения. Для уменьшения влияния внешних факторов и повышения стабильности измерений в схеме интерполяции осуществляется калибровка измерителя по длительности периода эталонного такта. Коды с выходов блока динамического усреднения и счетчика грубого измерения поступают в вычислитель, который формирует код времени распространения сигнала в канале измерения и выполняет расчет параметров потока. Работа всех узлов устройства синхронизируется сигналами с выходов формирователя временных интервалов.The counter works as follows. Measurements are performed in two steps: when sensing downstream and against the flow of the medium being measured. The input switch provides the transmission / reception of signals of the corresponding electro-acoustic transducer (EA) of the primary flow transducer. At the beginning of the measurement cycle, a sensing start signal is supplied to the sensing signal shaper circuit from the first output of the time interval shaper, which controls the formation of the sounding signal, and a sounding resolution signal is supplied to the input switch from the second output of the time interval shaper. At the end of the probe triggering signal, a probe signal is generated at the output of the probe signal generator and, at the same time, the operation of the coarse counter is enabled. The signal passed through the measured medium through the input switch is fed to the input of the amplifier with AGC and, after amplification, is fed to the amplitude-time selector, which contains signal level control comparators. When the oscillation amplitude is exceeded in the received signal of a predetermined threshold level, this oscillation is allocated as a working pulse of the signal. At the moment of the transition of the negative front of the working pulse through zero, the conversion of the time interval to voltage starts. The conversion interval ends at the edge of the reference frequency pulse from the clock generator. The number of reference pulses from the trailing edge of the sounding start signal to the end of the conversion of the time interval into voltage is fixed by the coarse counter as a code of the coarse reference of the time interval. Using the interpolation scheme, the time interval generated by the amplitude-time selector within the frequency period of the reference clock is converted into code. From the output of the interpolation scheme, the code value enters the dynamic averaging block. To reduce the influence of external factors and increase the stability of measurements in the interpolation scheme, the meter is calibrated by the duration of the reference clock period. Codes from the outputs of the dynamic averaging block and the coarse measurement counter are sent to a computer, which generates a signal propagation time code in the measurement channel and calculates the flow parameters. The operation of all nodes of the device is synchronized by the signals from the outputs of the shaper time intervals.
Недостатком данного устройства является то, что, несмотря на наличие усилителя с АРУ, возможны некорректные измерения времени распространения зондирующего сигнала в случаях, когда происходит резкое изменение скорости потока при достаточно больших скоростях потока газа или при наличии помех в канале измерения. Эти факторы приводят к большим изменениям амплитуды принимаемого сигнала или появлению ложных сигналов, которые не могут быть оперативно учтены и скомпенсированы. Изменение амплитуды принимаемого сигнала в больших пределах или появление дополнительных помеховых сигналов приводит к тому, что определение рабочего импульса по превышению порога достигается для разных импульсов при зондировании по потоку и против потока или рабочий импульс вообще не может быть определен. В этом случае происходит сбой в работе счетчика или искажаются временные параметры измеряемого потока и, следовательно, увеличивается погрешность измерений. Это обстоятельство не позволяет обеспечить работу устройства при резких изменениях скорости потока, что ограничивает динамический диапазон измерений.The disadvantage of this device is that, despite the presence of an amplifier with AGC, incorrect measurements of the propagation time of the probe signal are possible in cases when there is a sharp change in the flow velocity at sufficiently high gas flow velocities or in the presence of interference in the measurement channel. These factors lead to large changes in the amplitude of the received signal or the appearance of false signals, which cannot be promptly taken into account and compensated. Changing the amplitude of the received signal over large limits or the appearance of additional interfering signals leads to the fact that the determination of the working pulse by exceeding the threshold is achieved for different pulses when probing downstream and upstream, or the working pulse cannot be determined at all. In this case, the counter malfunctions or the temporal parameters of the measured flow are distorted and, therefore, the measurement error increases. This circumstance does not allow to ensure the operation of the device with sharp changes in the flow rate, which limits the dynamic range of measurements.
Настоящим предложением решается задача увеличения помехоустойчивости измерения расхода и обеспечения измерений быстроизменяющихся потоков при сверхнизком энергопотреблении.This proposal solves the problem of increasing the noise immunity of flow measurements and providing measurements of rapidly changing flows at ultra-low power consumption.
Для решения поставленной задачи предложен ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий первичный преобразователь расхода с двумя приемоизлучающими электроакустическими преобразователями (ЭАП), входной коммутатор, усилитель, амплитудно-временной селектор, формирователь зондирующего сигнала, счетчик грубого отсчета, схему интерполяции, схему вычитания, блок динамического усреднения, тактовый генератор, формирователь временных интервалов и вычислитель, причем входы/выходы приемоизлучающих электроакустических преобразователей первичного преобразователя расхода через входной коммутатор соединены с выходом формирователя зондирующего сигнала и входом усилителя, выход которого соединен с амплитудно-временным селектором, выход которого соединен с первыми входами счетчика грубого отсчета и схемы интерполяции, выходы которых соединены с входами схемы вычитания, выход которой соединен с первым входом блока динамического усреднения, кроме того первый выход формирователя временных интервалов соединен с входом формирователя зондирующего сигнала и вторым входом счетчика грубого отсчета, второй выход соединен с входом коммутатора, третий выход соединен со вторым входом схемы интерполяции, четвертый выход соединен с входом вычислителя, выход которого является выходом устройства, а выход тактового генератора соединен с первым входом формирователя временных интервалов, третьими входами счетчика грубого отсчета и схемы интерполяции. Дополнительно ультразвуковой расходомер-счетчик газа содержит оконный компаратор, коммутатор измерений и мультипороговый компаратор, причем вход оконного компаратора соединен с выходом усилителя, а выход соединен со вторым входом формирователя временных интервалов, первые входы коммутатора измерений и мультипорогового компаратора соединены с выходом схемы вычитания, второй вход мультипорогового компаратора соединен с выходом блока динамического усреднения, третий вход соединен со вторым выходом формирователя временных интервалов, а первый выход соединен со вторым входом коммутатора измерений, выход которого соединен с входом блока динамического усреднения, второй выход мультипорогового компаратора соединен с третьим входом формирователя временных интервалов, а третий выход соединен со вторым входом блока динамического усреднения.To solve this problem, an ultrasonic gas flow meter-counter is proposed, containing a primary flow transducer with two transceiver electroacoustic transducers (EAP), an input switch, an amplifier, an amplitude-time selector, a probe signal shaper, a coarse counter, an interpolation circuit, a subtraction circuit, a dynamic block averaging, a clock generator, a shaper of time intervals and a computer, and the inputs / outputs of the transceiving electro-acoustic transducer of the primary flow transducer through the input switch are connected to the output of the probe signal generator and the amplifier input, the output of which is connected to an amplitude-time selector, the output of which is connected to the first inputs of the coarse counter and interpolation circuit, the outputs of which are connected to the inputs of the subtraction circuit, the output of which is connected with the first input of the dynamic averaging unit, in addition, the first output of the shaper of the time intervals is connected to the input of the shaper of the probe signal and the second input coarse counter, the second output is connected to the input of the switch, the third output is connected to the second input of the interpolation circuit, the fourth output is connected to the input of the calculator, the output of which is the output of the device, and the output of the clock generator is connected to the first input of the time slot former, the third inputs of the coarse counter and interpolation schemes. Additionally, the ultrasonic gas flow meter includes a window comparator, a measurement switch and a multi-threshold comparator, the input of the window comparator connected to the output of the amplifier, and the output connected to the second input of the shaper time intervals, the first inputs of the measurement switch and multi-threshold comparator connected to the output of the subtraction circuit, the second input the multi-threshold comparator is connected to the output of the dynamic averaging unit, the third input is connected to the second output of the time interval shaper c, and the first output is connected to the second input of the measurement switch, the output of which is connected to the input of the dynamic averaging unit, the second output of the multi-threshold comparator is connected to the third input of the time interval shaper, and the third output is connected to the second input of the dynamic averaging unit.
Задача решается введением в ультразвуковой расходомер оконного компаратора, коммутатора измерений и мультипорогового компаратора. Наличие оконного компаратора позволяет за счет изменения амплитуды зондирующего сигнала поддерживать уровень принимаемого сигнала в пределах заданного рабочего окна. Мультипороговый компаратор проводит контроль результата отклонения измеренных временных интервалов по и против потока от их средних значений. Величина отклонения по каждому направлению сравнивается с установленными порогами и по результатам сравнения проводятся дальнейшие операции с полученными измерениями. При больших превышениях отклонения только по одному направлению, что соответствует измерениям, проведенным по разным рабочим импульсам при зондировании по потоку и против потока или при переходе на измерения по другому импульсу, проводится блокирование прохождения измерений через коммутатор измерений и их дальнейшее участие в расчетах. Отклонения, превышающие определенный средний уровень и имеющие разный знак, формируют сигналы управления в формирователь временных интервалов для изменения (увеличения) частоты измерений и в блок динамического усреднения для уменьшения постоянной усреднения параметров в зависимости от скорости изменения расхода, что увеличивает точность измерения быстро изменяющихся потоков. Наличие механизма контроля измерений повышает помехоустойчивость измерений и их достоверность. Механизм адаптивного изменения частоты измерений и постоянной усреднения обеспечивает высокую точность измерения быстропеременных потоков при сохранении низкого общего уровня энергопотребления, что особенно актуально для бытовых счетчиков газа, которые должны работать без замены батареи в течение всего межповерочного интервала.The problem is solved by introducing a window comparator, a measurement switch and a multi-threshold comparator into the ultrasonic flowmeter. The presence of a window comparator allows, by changing the amplitude of the probing signal, to maintain the level of the received signal within a given working window. The multi-threshold comparator monitors the result of the deviation of the measured time intervals along and against the flow from their average values. The deviation in each direction is compared with the set thresholds and, based on the results of the comparison, further operations are carried out with the measurements obtained. With large excesses, deviations in only one direction, which corresponds to measurements taken at different working pulses when sensing along the flow and against the flow or when switching to measurements on a different pulse, block the passage of measurements through the measurement switch and their further participation in the calculations. Deviations that exceed a certain average level and have a different sign form control signals to the time interval shaper to change (increase) the measurement frequency and to the dynamic averaging unit to reduce the constant averaging of parameters depending on the rate of change of flow rate, which increases the accuracy of measurement of rapidly changing flows. The presence of a measurement control mechanism increases the noise immunity of the measurements and their reliability. The mechanism of adaptive change in the measurement frequency and constant averaging ensures high accuracy in measuring rapidly varying flows while maintaining a low overall energy consumption level, which is especially important for household gas meters that must operate without replacing the battery during the entire calibration interval.
Сущность предлагаемого решения проиллюстрирована блок-схемой ультразвукового расходомера-счетчика (фиг. 1).The essence of the proposed solution is illustrated by a block diagram of an ultrasonic flow meter-counter (Fig. 1).
Ультразвуковой расходомер-счетчик содержит первичный преобразователь расхода 1 с комплектом электроакустических преобразователей (ЭАП) (ЭАП1 и ЭАП2), входной коммутатор 2, усилитель 3, амплитудно-временной селектор 4, формирователь 5 зондирующего сигнала, оконный компаратор 6, счетчик 7 грубого отсчета, схему 8 интерполяции, схему 9 вычитания, блок 10 динамического усреднения, тактовый генератор 11, формирователь 12 временных интервалов, вычислитель 13, коммутатор измерений 14 и мультипороговый компаратор 15. Входы/выходы приемоизлучающих электроакустических преобразователей ЭАП1 и ЭАП2 первичного преобразователя расхода 1 через входной коммутатор 2 соединены с выходом формирователя зондирующего сигнала 5 и входом усилителя 3, выход усилителя соединен с амплитудно-временным селектором 4 и входом оконного компаратора 6, а выход амплитудно-временного селектора соединен с первыми входами счетчика грубого отсчета 7 и схемы интерполяции 8, выходы которых соединены с входами схемы вычитания 9. Первый выход формирователя 12 временных интервалов соединен с входом формирователя зондирующего сигнала 5 и вторым входом счетчика грубого отсчета 7, второй выход формирователя 12 соединен со вторым входом коммутатора 2, третий выход формирователя 12 соединен со вторым входом схемы интерполяции 8, четвертый выход соединен с первым входом вычислителя 13, второй вход которого соединен с выходом блока динамического усреднения 10, а выход которого является выходом устройства. Выход тактового генератора 11 соединен с первым входом формирователя 12 временных интервалов, третьими входами счетчика грубого отсчета 7 и схемы интерполяции 8, а выход оконного компаратора 6 соединен со вторым входом формирователя 12 временных интервалов. Первые входы коммутатора измерений 14 и мультипорогового компаратора 15 соединены с выходом схемы вычитания 9, второй вход мультипорогового компаратора 15 соединен с выходом блока динамического усреднения 10, третий вход соединен со вторым выходом формирователя временных интервалов 12, а первый выход соединен со вторым входом коммутатора измерений 14, выход которого соединен с входом блока динамического усреднения 10. Второй выход мультипорогового компаратора 13 соединен с третьим входом формирователя 12 временных интервалов, а третий выход соединен со вторым входом блока динамического усреднения 10.The ultrasonic flow meter-counter contains a
Работа ультразвукового расходомера-счетчика состоит из 2 тактов измерения, которые соответствуют двум направлениям ультразвукового зондирования (по потоку измеряемой среды и против потока). Скорость потока v определяется по разности времен распространения сигнала по потоку T1 и против потока Т2.The operation of the ultrasonic flowmeter-counter consists of 2 measurement cycles, which correspond to two directions of ultrasonic sensing (along the flow of the measured medium and against the flow). The flow rate v is determined by the difference in the propagation times of the signal along the stream T 1 and against the stream T 2 .
Измеряемый временной интервал при зондировании по потоку T1 можно представить в видеThe measured time interval when sensing the stream T 1 can be represented as
При зондировании против потока временной интервал Т2 равенWhen probing against the stream, the time interval T 2 is
где L - длина пути ультразвукового сигнала в потоке;where L is the path length of the ultrasonic signal in the stream;
L0 - длина пути ультразвукового сигнала в неподвижной среде;L 0 is the path length of the ultrasonic signal in a stationary medium;
с - скорость распространения ультразвука в неподвижной среде;C is the propagation velocity of ultrasound in a stationary medium;
v - скорость потока;v is the flow rate;
t1 - постоянная задержка, не связанная с распространением ультразвука в среде, при зондировании по потоку;t 1 - constant delay, not associated with the propagation of ultrasound in the medium when sensing downstream;
t2 - постоянная задержка, не связанная с распространением ультразвука в среде, при зондировании против потока;t 2 - constant delay, not associated with the propagation of ultrasound in the medium, when sensing against the stream;
α - угол между направлением потока и направлением распространения ультразвукового сигнала.α is the angle between the direction of flow and the direction of propagation of the ultrasonic signal.
Учитывая, что t1≈t2=t0, и, обозначая Δt=t2-t1 и 2⋅t0=t1+t2, после преобразования получаем выражение для скорости потокаGiven that t 1 ≈t 2 = t 0 , and, denoting Δt = t 2 -t 1 and 2⋅t 0 = t 1 + t 2 , after the conversion we obtain the expression for the flow rate
где Tp=Т2-Т1,where T p = T 2 -T 1 ,
Тс=T1+Т2,T c = T 1 + T 2 ,
В=L+L0 - геометрическая база устройства.In = L + L 0 - the geometric base of the device.
Объемный расход вычисляется по формулеVolumetric flow rate is calculated by the formula
где D - диаметр расходомерного участка.where D is the diameter of the flow section.
Объем V0 вычисляется нарастающим итогом в соответствии с выражениемVolume V 0 is calculated on an accrual basis in accordance with the expression
где TIZ - интервал между измерениями.where T IZ is the interval between measurements.
Для выполнения всех необходимых измерений и получения значений расхода и объема каждый такт измерения включает пять временных интервалов:To perform all necessary measurements and obtain flow and volume values, each measurement step includes five time intervals:
- интервал зондирования l1 - формирование импульса управления формирователем зондирующего сигнала и импульса зондирования;- sounding interval l 1 - the formation of the control pulse by the shaper of the sounding signal and the sounding pulse;
- интервал измерения l2 - измерение времени распространения зондирующего сигнала в первичном преобразователе расхода.- measuring interval l 2 - measuring the propagation time of the probe signal in the primary flow transducer.
- интервал калибровки l3 - измерение длительности периода эталонной частоты.- calibration interval l 3 - measurement of the duration of the period of the reference frequency.
- интервал обработки измерений l4 - формирование результирующего значения измеряемого временного интервала и селекция измерений.- measurement processing interval l 4 - formation of the resulting value of the measured time interval and selection of measurements.
- интервал вычислений l5 - вычисление значений измеряемых параметров: расхода и объема измеряемой среды.- calculation interval l 5 - calculation of the values of the measured parameters: flow rate and volume of the measured medium.
Следует заметить, что первые четыре интервала измерения выполняются в каждом такте измерения, тогда как интервал вычислений добавляется только после второго такта измерений временных интервалов для вычисления по проведенным измерениям значений расхода и объема газа в соответствии с выражениями (3), (4) и (5).It should be noted that the first four measurement intervals are performed in each measurement step, while the calculation interval is added only after the second measurement step of the time intervals to calculate the gas flow rate and volume in accordance with the expressions (3), (4) and (5 )
В зависимости от такта измерения с первого выхода формирователя 12 временных интервалов на входной коммутатор 2 поступает сигнал управления, который обеспечивает передачу/прием сигналов на/с соответствующего ЭАП.Depending on the measurement cycle, from the first output of the shaper 12 time intervals, a control signal is received at the
В каждом такте выполняются следующие процедуры:In each measure, the following procedures are performed:
В начале первого интервала (l1) на схему формирователя 5 зондирующего сигнала с первого выхода формирователя 12 временных интервалов поступает сигнал запуска зондирования, который управляет запуском и амплитудой формирователя зондирующего сигнала, а на входной коммутатор 2 со второго выхода формирователя 12 временных интервалов поступает сигнал разрешения зондирования. Коммутируемый ЭАП определяется номером рабочего такта в цикле измерения. В такте зондирования по потоку сигналом разрешения зондирования формирователя 12 выход схемы формирователя 5 зондирующего сигнала через открытый ключ входного коммутатора 2 подключается к электроакустическому преобразователю ЭАП1 первичного преобразователя расхода 1. Второй ЭАП2 при этом шунтируется для уменьшения взаимного влияния каналов. По концу сигнала запуска зондирования формирователь 5 зондирующего сигнала формирует зондирующий сигнал, и счетчик 7 грубого отсчета начинает счет импульсов тактового генератора 11. По окончанию сигнала зондирования сигнал разрешения зондирования снимается.At the beginning of the first interval (l 1 ), a sensing trigger signal is supplied to the circuit of the
На втором интервале (I2) ЭАП2 первичного преобразователя расхода 1 через входной коммутатор 2 по сигналу разрешения приема, поступающему с первого выхода формирователя 12 временных интервалов, подключается к входу усилителя 3. Прошедший через измеряемую среду и усиленный усилителем 3 сигнал зондирования поступает на амплитудно-временной селектор 4, который содержит компараторы контроля уровня сигнала. При превышении амплитуды колебания в принятом сигнале заданного порогового уровня это колебание выбирается как рабочий импульс сигнала. Рабочий импульс сигнала поступает на оконный компаратор 6, который содержит два компаратора: компаратор верхней границы окна и компаратор нижней границы окна, и связанные с ними два счетчика событий: счетчик ослабления и счетчик усиления. При выходе амплитуды сигнала за пределы окна контроля соответствующий счетчик ведет подсчет числа событий. Сигнал с выхода компаратора верхней границы окна поступает на счетный вход счетчика ослабления и на вход сброса счетчика усиления. Сигнал с выхода компаратора нижней границы окна поступает на счетный вход счетчика усиления и на вход сброса счетчика ослабления. Сигналы переполнения счетчиков поступают на формирователь 12 временных интервалов, который увеличивает или уменьшает длительность управляющего сигнала, подаваемого на формирователь 5 зондирующего сигнала, увеличивая или уменьшая, таким образом, амплитуду зондирующего сигнала. Наличие счетчиков числа событий обеспечивает регулировку амплитуды только при установившемся изменении принимаемого сигнала и не приводит к хаотической реакции на случайные флуктуации сигнала.In the second interval (I 2 ), the EAP2 of the
При переходе отрицательного фронта рабочего импульса через ноль фиксируется окончание измеряемого временного интервала. При этом запускается схема 8 интерполяции, которая производит измерение временного интервала в пределах от зафиксированного конца измеряемого временного интервала до фронта импульса опорной частоты тактового генератора 11. По тому же фронту импульса эталонной частоты останавливается счетчик 7 грубого отсчета, код счетчика 7 фиксируется как значение грубого отсчета временного интервала.When the negative front of the working pulse passes through zero, the end of the measured time interval is fixed. When this starts the
На третьем временном интервале (I3) проводится калибровка измерителя временных интервалов, т.е. проводится измерение периода опорной частоты тактового генератора 11. Для определения кода периода опорной частоты калибровка осуществляется в два такта: в первом такте с третьего выхода формирователя 12 временных интервалов на схему 8 интерполяции поступает сигнал калибровки с длительностью, равной (n+1) периодов эталонного такта, во втором такте - длительностью n периодов (n≥1). Код периода опорной частоты К0 равенOn the third time interval (I 3 ) calibration of the time interval meter is carried out, i.e. the period of the reference frequency of the clock generator is measured 11. To determine the code of the period of the reference frequency, the calibration is performed in two cycles: in the first cycle, from the third output of the shaper 12 time intervals, a calibration signal with a duration equal to (n + 1) periods of the reference cycle is supplied to the
где Kcl1 - код длительности первого такта калибровки,where K cl1 is the code for the duration of the first calibration step,
Kcl2 - код длительности второго такта калибровки.K cl2 is the code for the duration of the second calibration clock.
Код калибровки поступает на схему интерполяции 8 для получения кода значения интерполяционной части измеренного временного интервала в соответствии с выражениемThe calibration code is supplied to
где KIZ - измеренное значение кода интерполяционного интервала,where K IZ is the measured value of the code of the interpolation interval,
KIN - нормированное значение кода.K IN - normalized code value.
На четвертом интервале (I4) коды с выходов счетчика 7 грубого отсчета и схемы 8 интерполяции поступают на схему вычитания 9, где осуществляется формирование кода результирующего значения временного интервала, 7) в соответствии с выражениемIn the fourth interval (I 4 ), the codes from the outputs of the
где Т0 - период частоты опорного генератора в мкс,where T 0 - period of the frequency of the reference oscillator in μs,
N - число периодов, подсчитанное счетчиком грубого отсчета.N is the number of periods calculated by the coarse counter.
Значение кода времени распространения через коммутатор измерений 14 поступает в блок 10 динамического усреднения, где осуществляется усреднение измеренных значений времени распространения с установленной постоянной усреднения.The value of the propagation time code through the
В мультипороговом компараторе 15 по коду измеренного значения временного интервала, поступающему со схемы вычитания 9, и коду среднего значения временного интервала с блока динамического усреднения 10, формируются коды отклонения величины измеренного значения от его среднего значения по направлению, определяемому сигналом со второго выхода формирователя временных интервалов.In the
Коды отклонения для каждого направления зондирования сравниваются с заданными тремя пороговыми значениями: верхним, средним и нижним.The deviation codes for each sounding direction are compared with the specified three threshold values: upper, middle and lower.
При превышении верхнего порога только по одному направлению, что соответствует приему помехового сигнала, сигналом с первого выхода мультипорогового компаратора 15 проводится блокирование прохождения измерений через коммутатор измерений 14 и их дальнейшее участие в измерении расхода, что обеспечивает помехоустойчивость схемы измерения и достоверность результатов измерения.If the upper threshold is exceeded in only one direction, which corresponds to the reception of the interfering signal, the signal from the first output of the
Отклонения, превышающие определенный средний пороговый уровень и имеющие разный знак, со второго выхода мультипорогового компаратора 15 формируют сигналы управления в формирователь временных интервалов 12 для увеличения частоты измерения быстро изменяющихся потоков.Deviations that exceed a certain average threshold level and have a different sign from the second output of the
Превышение отклонений разного знака нижнего порогового уровня приводит к формированию сигнала с третьего выхода компаратора 15 в блок динамического усреднения 10 для уменьшения постоянной усреднения параметров расхода.Exceeding the deviations of different signs of the lower threshold level leads to the formation of a signal from the third output of the
Увеличение частоты измерений и уменьшение постоянной усреднения обеспечивает увеличение скорости перестройки и повышение точности измерений расхода. При установившемся потоке отклонения текущих измерений от среднего значения становятся малыми, ниже самого нижнего порогового уровня, и счетчик переходит на измерения с малой частотой, что значительно уменьшает энергопотребление.An increase in the measurement frequency and a decrease in the constant averaging provide an increase in the tuning rate and an increase in the accuracy of flow measurements. With a steady flow, the deviations of the current measurements from the average value become small, below the lowest threshold level, and the meter switches to measurements with a low frequency, which significantly reduces power consumption.
На пятом интервале (I5) вычислитель 13 производит расчет характеристик потока в соответствии с выражениями (3), (4) и (5). Работа вычислителя 13 синхронизируется сигналами с выхода формирователя 12 временных интервалов.In the fifth interval (I 5 ), the
Работой расходомера-счетчика управляет формирователь 12 временных интервалов. Формирователь 12 временных интервалов по входным эталонным тактовым импульсам формирует номер временного интервала и номер такта в цикле измерения, а также сигналы управления и код числа усреднений.The operation of the flow meter-counter is controlled by the
Двухканальный входной коммутатор 2 содержит по четыре ключа на каждый канал: ключ разрешения зондирования, ключ разрешения приема, ключ шунтирования зондирования и ключ шунтирования приема.The two-
В формирователе 5 зондирующего сигнала для формирования амплитуды импульса, превышающего напряжение питания схемы, используется накопление энергии в индуктивности при протекании через нее постоянного тока. Формирователь 5 зондирующего сигнала содержит дроссель L накопления энергии, схему удвоения напряжения и ключ зарядного тока. При подаче сигнала запуска зондирования дроссель накопления энергии через замкнутый ключ зарядного тока подключается к схеме удвоения напряжения. При размыкании ключа, через который пропускался ток, ток дросселя формирует импульс зондирования. Длительность импульса зондирования определяется частотой резонансного контура, образованного индуктивностью дросселя и емкостью ЭАП, а его амплитуда - длительностью протекания тока через индуктивность. Частота резонанса контура выбирается равной частоте механического резонанса ЭАП. Схема удвоения напряжения служит для повышения эффективности схемы и возможности формирования зондирующих сигналов большой амплитуды, в несколько раз превышающей напряжение питания батареи счетчика (напряжение 3,0…3,6 В).In the
Амплитудно-временной селектор 4 включает два компаратора уровня: компаратор порога рабочего колебания и компаратор принятого сигнала. Компараторы обеспечивают выделение рабочего колебания из принимаемого сигнала и фиксацию его временного положения для управления схемой грубого отсчета 7 и схемой 8 интерполяции.The amplitude-
Схема 8 интерполяции служит для определения точного значения времени распространения сигнала путем измерения части в пределах периода тактовой частоты в соответствии с формулой (8). Начало интервала измерения задается компаратором фиксации приема амплитудно-временного селектора 4 по переходу через ноль заднего фронта рабочего импульса, а конец интервала - рабочим фронтом тактового импульса. Значение временного интервала преобразуется в значение напряжения с помощью преобразователя время-напряжение, а затем в код аналого-цифровым преобразователем. Для обеспечения независимости измерений от характеристики преобразования время-код схема интерполяции на интервале калибровки определяет код периода тактового импульса.The
Блок 10 динамического усреднения представляет собой накопитель с изменяемой постоянной накопления. Постоянная накопления корректируется мультипороговым компаратором 15 в зависимости от динамики изменения потока.
Мультипороговый компаратор 15 включает вычислитель разности кодов, компараторы верхнего, среднего и нижнего уровня, регистр состояния и анализатор, который представляет собой три схемы совпадения кодов определенных битов регистра состояния. По результатам измерения в зависимости от отклонения измеренных значений от их средних значений, зафиксированного в битах регистра состояния компаратора 15, на его выходах формируются сигналы управления для блоков 14, 12 и 10, которые обеспечивают соответственно селекцию достоверных измерений, изменение частоты измерений и выбор подходящей степени усреднения.The
Источники информации:Information sources:
1. Евразийский патент №014208, МПК G01F 1/66, опубликован 29.10.2010 г.1. Eurasian patent No. 014208,
2. Патент РБ на полезную модель №5266, МПК G01F 1/66, опубликован 30.06.2009 г. (прототип).2. RB patent for utility model No. 5266,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126386U RU167569U1 (en) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | ULTRASONIC GAS FLOW METER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126386U RU167569U1 (en) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | ULTRASONIC GAS FLOW METER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU167569U1 true RU167569U1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58451749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126386U RU167569U1 (en) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | ULTRASONIC GAS FLOW METER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU167569U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113405614A (en) * | 2021-07-01 | 2021-09-17 | 杭州万高科技股份有限公司 | Metering circuit and water-gas meter |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6217677A (en) * | 1985-07-17 | 1987-01-26 | Yokogawa Electric Corp | Ultrasonic measuring apparatus |
RU2353905C1 (en) * | 2007-06-18 | 2009-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралтехнология" | Method for measurement of liquid mediums flow and ultrasonic flow metre |
EA014208B1 (en) * | 2009-02-17 | 2010-10-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Системы Контроля" | An ultrasonic gas counter with extended range of measured discharge rates |
-
2016
- 2016-06-30 RU RU2016126386U patent/RU167569U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6217677A (en) * | 1985-07-17 | 1987-01-26 | Yokogawa Electric Corp | Ultrasonic measuring apparatus |
RU2353905C1 (en) * | 2007-06-18 | 2009-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралтехнология" | Method for measurement of liquid mediums flow and ultrasonic flow metre |
EA014208B1 (en) * | 2009-02-17 | 2010-10-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технический Центр "Системы Контроля" | An ultrasonic gas counter with extended range of measured discharge rates |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113405614A (en) * | 2021-07-01 | 2021-09-17 | 杭州万高科技股份有限公司 | Metering circuit and water-gas meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2423673C2 (en) | Energy-efficient ultrasonic flow metre | |
US4480485A (en) | Acoustic flowmeter with envelope midpoint tracking | |
US8700344B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JP4788235B2 (en) | Fluid flow measuring device | |
WO2010079568A1 (en) | Flow rate measurement device | |
EP2653840B1 (en) | Flow volume measuring device | |
KR100440759B1 (en) | Flow rate measuring device | |
CN102749107A (en) | High-precision time difference type single-pulse ultrasonic flowmeter system and flow measurement method thereof | |
JP2022516484A (en) | Dynamic temperature calibration of ultrasonic transducer | |
US6829948B2 (en) | Flow meter | |
RU167569U1 (en) | ULTRASONIC GAS FLOW METER | |
JP4973035B2 (en) | Ultrasonic flow meter | |
JP2018138891A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP2007051889A (en) | Measuring device for fluid flow | |
EA030111B1 (en) | Ultrasonic gas flow meter | |
JP2004144744A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP2008185441A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
RU118743U1 (en) | ULTRASONIC FLOW METER | |
RU2165598C1 (en) | Ultrasonic gas flowmeter-counter | |
EA014208B1 (en) | An ultrasonic gas counter with extended range of measured discharge rates | |
CN113056681A (en) | Method for detecting time-of-flight, time-of-flight converter, ultrasonic flowmeter, and optical device | |
JP4278171B1 (en) | Ultrasonic flow meter and flow measurement method | |
JP3838209B2 (en) | Flow measuring device | |
JPS6042385Y2 (en) | Gate signal generation circuit for ultrasonic measurement equipment | |
JP4485641B2 (en) | Ultrasonic flow meter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170701 |