RU1778533C - Ультразвуковой расходомер многофазных сред - Google Patents

Abstract

Использование: в области приборостроени  дл  измерени  расхода многофазных сред, в том числе жидкостей, содержащих твердые, газообразные и другие неоднородности . Сущность изобретени : устройство содержит излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи, генератор непрерывных колебаний, усилитель высокой частоты, детектор, усилитель низкой частоты , блок формировани  коротких импульсов , триггер Шмитта, ждущий мультивибратор, элемент 2И-Н Е, блок кварцевого генератора, блок управлени , два двоичных счетчика, два реверсивных счетчика , блок пам ти, коммутатор, счетчик адреса пам ти, запоминающее устройство, триггерное устройство, регистр, цифроана- логовый преобразователь, цифровой вольтметр и преобразователь напр жение - ток. 1 ил,

Description

Изобретение относитс  к области приборостроени , а именно к ультразвуковым приборам, и может быть использовано дл  измерени  расхода многофазных сред, в том числе жидкостей, содержащих твердые, газообразные или другие неоднородности.

В известном ультразвуковом доплеров- ском расходомере, содержащем первичный преобразователь и блок обработки принимаемого сигнала, который включает в себ  опорный генератор и компаратор, последний служит дл  сравнени  принимаемого сигнала с опорным сигналом. Опорный сигнал измен етс  в соответствии с величиной принимаемого сигнал и затем, облада  ги- стерезисной шириной, передаетс  на вход компаратора. В результате шумовые сигналы эффективно устран ютс  из принимаемого сигнала в компараторе и регистрируетс  только доплеровский сдвиг частоты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  доплеровский ультразвуковой измеритель скорости потока или расхода многофазных сред, в котором измеритель скорости предназначен дл  определени  средней скорости потока жидкости, содержащей твердые или газообразные включени . Поток жидкости, проход щий через трубу, имеет некоторый профиль скоростей. Измеритель скорости содержит установленные на наружной стенке трубопровода излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи, соединенные соответственно с генератором непрерывных колебаний и с приемным устройством, позвол ющим выдел ть группу доплеровских частот биений. Частоты биений соответствуют отдельным скорост м включений, содержащихс  в потоке и отражающих ультразвуковую энергию. Скорости движени  твердых или газообразных вклюЈ

VI

со

СЛ

jco

у

чений определ ютс  скорост ми потока жидкости.

Дл  измерени  средней скорости потока жидкости, то есть преобладающей в про- фмле скорости потока, в известном устройстве используетс  анализатор спектра , через который пропускаетс  вс  полоса доплеровских частот. Анализатор измер ет амплитуду выхода каждой частоты в определенной полосе частот, обеспечива  спектральный анализ.

Недостатками указанных устройств (аналога и прототипа предлагаемого устройства )  вл етс  следующее.

Как в аналоге, так и в прототипе устройство обработки принимаемого сигнала выполнено в виде анализатора, выдел ющего частоту принимаемого сигнала - доплеров- ский сдвиг частот, по максимальной амплитуде выходного сигнала, соответствующей этой частоте. Однако ширина полосы пропускани  анализатора спектра, основанного на амплитудном способе, не обеспечивает достаточной точности выделени  преобладающей частоты из многочастотного сигнала, то есть не обеспечивает достаточной точности измерени  скорости потока и расхода.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  расхода многофазных сред, с помощью ультразвуковых расходомеров, основанных на отражении ультразвуковой энергии от неоднородно- стей потока.

Цель достигаетс  тем, что в ультразвуковом расходомере многофазных сред выделение преобладающей частоты доплеровского сигнала осуществл етс  путем отбора и накоплени  наиболее часто повтор ющихс  временных интервалов между моментами пересечени  сигналов доплеровской частоты нулевого уровн .

Отбор   накопление наиболее часто повтор ющихс  измер емых интервалов времени производитс  с помощью блока пам ти. При этом каждому измер емому интервалу времени ставитс  в соответствие сво   чейка пам ти.

На чертехче показано устройство ультразвукового расходомера многофазных сред.

Ультразвуковой расходомер многофазных сред включает в себ  излучающий ультразвуковой преобразователь 1 и приемный ультразвуковой преобразователь 2, установленные на наружной стенке трубопровода 3 и соединенные соответственно с генератором непрерывных колебаний 4, усилителем высокой частоты 5. детектором 6. усилителем низкой частоты 7. Блок формировани  коротких импульсов 8 выполнен в виде последовательно соединенных с усилителем низкой частоты 7 триггера Шмитта 9, ждущего мультивибратора 10 и элемента

2И-НЕ 11. Блок кварцевого генератора 12. Блок управлени  13. Блок формировани  специальной последовательности импульсов 14, выполненный в виде последовательно соединенных первого двоичного

0 счетчика 15 и первого реверсивного счетчика 16. Блок пам ти 17, выполненный в виде последовательно соединенных коммутатора 18, счетчика адреса пам ти 19, запоминающего устройства 20,второго реверсивного

5 счетчика 21 и триггерного устройства установки режима работы 22. Блок выходного устройства 23, выполненный в виде последовательно соединенных второго двоичного счетчика 24, регистра 25, цифроаналогового

0 преобразовател  26, цифрового показывающего вольтметра 27 и преобразовател  напр жение-ток 28. Выход .триггерного устройства установки режима работы 22 соединен со вторым входом элемента 2И-НЕ

5 11, вторым входом блока управлени  13, входами разрешени  счета первого двоичного счетчика 15 и второго двоичного счетчика 24, входом управлени  переключением коммутатора 18-и входом управлени  режи0 мом счета второго реверсивного счетчика 21. Выходы блока кварцевого генератора 12, соединены соответственно с первым входом блока управлени  13, счетным входом первого двоичного счетчика 15, счет5 ным входом первого реверсивного счетчика 16 и со вторым входом коммутатора 18. Выход первого реверсивного счетчика 16 соединен со своим входом разрешени  параллельной загрузки, со вторым входом

0 коммутатора 18 и счетным входом второго двоичного счетчика 24. Выход последнего разр да счетчика адреса пам ти 19 соединен со своим входом разрешени  счета, а также со вторым входом триггерного уст5 ройства установки режима работы 22. Выходы блока управлени  13 соединены со входом разрешени  счета первого реверсивного счетчика 16, со входом сброса данных первого двоичного счетчика 15, со

0 входом сброса данных счетчика адреса пам ти 19, со входом разрешени  чтени  и записи запоминающего устройства 20, со входом тактовых импульсов второго реверсивного счетчика 21, со входом сброса дан5 ных второго двоичного счетчика 24 и со входом разрешени  записи в регистр 25.

Расходомер многофазных сред работает следующим образом.

Излучающий ультразвуковой преобразователь 1, возбуждаемый генератором непрерывных колебаний 4, создает в контролируемой среде ультразвуковую волну с волновым вектором, направленным под углом к оси трубопровода 3. Ультразвуковой сигнал, отраженный от неоднородностей потока, с помощью приемного ультразвукового преобразовател  2 преобразуетс  в электрический сигнал, который поступает на вход усилител  высокой частоты 5. Низкочастотный сигнал, пропорциональный до- плеровскому сдвигу частот, выдел етс  с помощью детектора 6, усиливаетс  усилителем низкой частоты 7 и поступает в блок формировани  коротких импульсов 8. Триггер Шмитта 9 преобразует исходный сигнал в сигнал пр моугольной формы. Этот сигнал поступает на вход ждущего мультивибратора 10, который формирует короткие импульсы по фронтам входного сигнала. Короткие импульсы с выхода ждущего мультивибратора 10 поступают на один вход элемента 2И-НЕ 11. На второй вход элемента 2И-НЕ 11 поступает сигнал из триггерного устройства установки режима работы 22. Устройство имеет два режима работы: режим счета и режим синтеза преобладающей частоты. В режиме счета с выхода триггерного устройства установки режима работы 22 на второй вход элемента 2И-НЕ 11, поступает сигнал высокого уровн  и короткие импульсы из блока формировани  коротких импульсов 8 поступают в блок управлени  13. После прихода очередного короткого импульса из блока формировани  коротких импульсов 8 блок управлени  13 формирует серию импульсов. Первый импульс из блока управлени  13 поступает на вход разрешени  счета первого реверсивного счетчика 16 и останавливает счет. Благодар  этому прекращаетс  поступление импульсов с выхода первого реверсивного счетчика 16 через коммутатор 18 на счетный вход счетчика адреса пам ти 19, который останавливаетс  на  чейке пам ти с номером N. Далее, по сигналам,поступающим из блока управлени  12, в блоке пам ти 17 последовательно производитс : считывание содержимого N- й  чейки запоминающего устройства 20, запись его значени  во второй реверсивный счетчик 21, прибавление к нему единицы и запись результата обратно в  чейку пам ти запоминающего устройства 20. Если результат не превышает определенного значени , с выхода последнего разр да второго реверсивного счетчика 21 на вход триггерного устройства установки режима работы 22 поступает сигнал низкого уровн  и данное устройство продолжает работать в режиме счета. Последнии импульс из блока управлени  13 поступает на вход сброса

данных первого двоичного счетчика 15, на вход сброса данных счетчика адреса пам ти 19, на вход сброса данных второго двоичного счетчика 24. Когда очередной короткий

импульс поступает на вход блока управлени  13, последний останавливает счетчик адреса пам ти 19 и к содержимому  чейки пам ти, на которой остановилс  счет, прибавл етс  единица. Дл  экономии объема

0 запоминающего устройства на счетный вход счетчика адреса в режиме счета, через коммутатор 18, поступают импульсы из блока формировани  специальной последовательности импульсов 14. Первый

5 реверсивный счетчик 16 в блоке 14 работает в режиме обратного счета, и как только его содержимое становитс  равным нулю, сигнал с его выхода поступает на его же вход разрешени  параллельной загрузки и

0 в него записываетс  информаци  с выхода первого двоичного счетчика 15. На счетный вход первого двоичного счетчика 15 и на счетный вход первого реверсивного счетчика 16 поступает сигнал из блока кварцевого

5 генератора 12. Таким образом, с выхода первого реверсивного счетчика 16 на счетный вход счетчика адреса пам ти 19 поступают импульсы с интервалами следовани , пропорциональными интервалу времени от

0 начала последнего короткого импульса. Благодар  этому единичка прибавл етс  к содержимому  чейки с номером, пропорциональным логарифму от периода времени между короткими импульсами.

5Если результат превышает определенное значение, с выхода последнего разр да второго реверсивного счетчика 21 на вход триггерного устройства установки режима работы 22 поступает сигнал высокого уров0 н  и данное устройство переводит схему в режим синтеза преобладающей частоты. При этом на выходе триггерного устройства установки режима работы 22 устанавливаетс  сигнал низкого уровн , который посту5 пает на второй вход элемента 2И-НЕ, и блокирует прохождение коротких импульсов на вход блока управлени  13. Сигнал с выхода триггерного устройства установки режима работы 22 поступает на второй вход

0 блока управлени  13 и переводит его в режим непрерывной работы. Этот же сигнал поступает на вход разрешени  счета первого и второго двоичных счетчиков и останавливает счет в первом двоичном счетчике 15

5 и разрешает счет по втором двоичном счетчике 24. Сигнал с выхода триггерного устройства установки режима работы 22 поступает на вход управлени  переключением коммутатора 18, который соедин ет выход блока кварцевого генератора 12 со

входом счетчика адреса пам ти 19. Этот же сигнал поступает на вход управлени  режимом счета второго реверсивного счетчика 21 и переводит его в режим обратного счета. Сигнал с выхода счетчика адреса пам ти 19 поступает на его же вход разрешени  счета, и останавливает счет после того,как произведено вычитание единицы из содержимого всех  чеек пам ти. Этот же сигнал поступает на второй вход триггерного устройства установки режима работы 22 и переводит его в режим счета.

В режиме синтеза преобладающей частоты останавливаетс  первый двоичный счетчик 15. Его содержимое пропорционально наиболее часто встречающемус  периоду между короткими импульсами. Первый реверсивный счетчик 16 работает в режиме обратного счета и на его счетный вход поступает сигнал из блока кварцевого генератора 12. Как только содержимое первого реверсивного счетчика становитс  равным нулю, сигнал с его выхода поступает на его же вход разрешени  параллельной загрузки и в него записываетс  информаци  с выходов первого двоичного счетчика 15. Таким образом с выхода первого реверсивного счетчика на счетный вход второго двоичного счетчика 24 поступают импульсы с частотой, пропорциональной преобладающей частоте. Количество этих импульсов, прошедших за определенное врем  (длительность режима синтеза преобладающей частоты), подсчитываетс  вторым двоичным счетчиком 24 и после окончани  режима синтеза преобладающей частоты, записываетс  в регистр 25. Полученное число пропорционально частоте, преобладающей а спектре исходного сигнала. Информаци  с входа регистра 25 поступает на вход цифро- аналогового преобразовател  26, напр жение с выхода которого поступает на цифровой вольтметр 27 и на преобразователь напр жение-ток 28.

Таким образом производитс  формирование выходного унифицированного сигнала , величина которого пропорциональна частоте, преобладающей в спектре низкочастотного сигнала.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Ультразвуковой расходомер многофазных сред, содержащий установленные на наружной стенке трубопровода излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи , соединенные соответственно с

   генератором непрерывных колебаний и с усилителем высокой частоты, выход которого через детектор и усилитель низкой частоты соединен с устройством обработки, о т л ичающийс  тем, что, с целью повышени  точности, устройство обработки включает последовательно соединенные триггер Шмитта, ждущий мультивибратор и элемент 2И-НЕ, последовательно соединенные первый двоичный счетчик и первый реверсивный счетчик, последовательно соединенные счетчик адреса пам ти, запоминающее устройство , второй реверсивный счетчик и триггерное устройство установки режима

   работы, а также блок кварцевого генератора , блок управлени  и последовательно соединенные второй двоичный счетчик, регистр и цифроаналоговый преобразователь , выход которого соединен с цифровым

   вольтметром и преобразователем напр жение-ток , причем выход триггерного устройства установки режима работы соединен с вторым входом элемента 2И-НЕ, вторым входом блока управлени , входами разрешени  счета первого и второго двоичных счетчиков, входом управлени  переключением коммутатора и входом управлени  режимом счета второго реверсивного счетчика, выходы блока кварцевого генератора соединены соответственно с первым входом блока управлени , счетным входом первого двоичного счетчика, счетным входом первого реверсивного счетчика и вторым входом коммутатора, выход первого

   реверсивного счетчика соединен со своим входом управлени  режимом счета, с вторым входом коммутатора и счетным входом второго двоичного счетчика, выход коммутатора соединен со счетным входом счетчика

   адреса пам ти, выход последнего разр да которого подключен на вход разрешени  счета того же счетчика, а также на второй вход триггерного устройства установки режима работы, при этом выходы блока управлени  соединены с входом разрешени  счета первого реверсивного счетчика, входом сброса данных первого двоичного счетчика , входом сброса данных счетчика адреса пам ти, входом разрешени  чтени 

   и записи запоминающего устройства, входом тактовых импульсов второго реверсивного счетчика, входом триггерного устройства установки режима работы, входом сброса данных второго двоичного счетчика и входом разрешени  записи в регистр.