RU2160887C1 - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

Ultrasonic flowmeter Download PDF

Info

Publication number
RU2160887C1
RU2160887C1 RU99113932A RU99113932A RU2160887C1 RU 2160887 C1 RU2160887 C1 RU 2160887C1 RU 99113932 A RU99113932 A RU 99113932A RU 99113932 A RU99113932 A RU 99113932A RU 2160887 C1 RU2160887 C1 RU 2160887C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
circuit
comparator
pulse
Prior art date
Application number
RU99113932A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Т.П. Лукьянова
А.В. Семенович
В.В. Григорович
А.В. Рябцев
А.Д. Лукьянов
А.Г. Лебедев
Original Assignee
ООО НПП "Строб"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО НПП "Строб" filed Critical ООО НПП "Строб"
Priority to RU99113932A priority Critical patent/RU2160887C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2160887C1 publication Critical patent/RU2160887C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: ultrasonic time-pulse flowmeter has measurement section of pipe-line with two piezoelectric converters fixed on it which are placed in corresponding synchronization rings composed of commutator, amplifier, comparator, OR circuit and first univibrator connected in series. Output of this univibrator is linked to input of second univibrator and via two AND circuits to inputs of first and second formers of sounding pulses correspondingly. Piezoelectric converters are connected to outputs of proper formers of sounding pulses and to proper inputs of commutator whose third input is coupled to second inputs of AND circuits and to output of device of microprocessor control. Third AND circuit, pulse counter, register of sequential approximation, subtracter and digital-to-analog converter connected in series are inserted into flowmeter to adapt operation threshold of comparator to level of received signal. EFFECT: increased operational reliability of flowmeter, enhanced sensitivity of measurement of flow rate of liquid media. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов различных жидких сред. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the flow of various liquid media.

Известны ультразвуковые расходомеры (1-3), которые содержат измерительный отрезок трубопровода с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, включенными в соответствующие синхрокольца, состоящие из последовательно соединенных коммутатора (ключей или переключателя направления излучения), усилителя-формирователя, схем И, ИЛИ и формирователя зондирующих импульсов (генератора импульсов). Известные устройства включают в себя также одновибраторы, триггеры, временной селектор, счетчики-делители, мультиплексор-дешифратор, реверсивные счетчики, вычитающее устройство, регистры, формирователи стробов. Ultrasonic flow meters are known (1-3), which contain a measuring section of a pipeline with two piezoelectric transducers included in the corresponding synchro-rings, consisting of a series-connected commutator (keys or a switch of the direction of radiation), an amplifier-former, I, OR circuits, and a probe pulse shaper ( pulse generator). Known devices also include one-shots, triggers, a time selector, divider counters, a multiplexer-decoder, reversible counters, a subtractor, registers, strobe drivers.

Ультразвуковые расходомеры работают следующим образом. Пьезоэлектрические преобразователи излучают и принимают ультразвуковые импульсы, прошедшие среду по потоку и против него с образованием в одном канале двух синхроколец. Затем квантуют периоды синхрокольца n периодами специального генератора, исключают совпадение во времени импульсов синхроколец и вычисляют по их параметрам скорость потока. Ultrasonic flow meters work as follows. Piezoelectric transducers emit and receive ultrasonic pulses that have passed the medium along the stream and against it with the formation of two synchro-rings in one channel. Then, the sync ring periods are quantized by n periods of a special generator, the coincidence in time of the sync ring pulses is excluded, and the flow velocity is calculated from their parameters.

В случае изменения в условиях эксплуатации расходомера физико-химических параметров измеряемой жидкости происходит изменение уровня затухания при прохождении акустическим импульсом измеряемой среды, а также изменяется чувствительность пьезоэлектрических преобразователей. Вследствие этого амплитуда принимаемых импульсов может изменяться в широких пределах. Это может привести к срыву автоциркуляции в синхрокольце при уменьшении амплитуды принимаемого сигнала ниже порогового уровня усилителя-формирователя, который невозможно выбирать достаточно низким, так как это приведет к ложному срабатыванию от помеховых сигналов при большой амплитуде принимаемых сигналов. In case of changes in the operating conditions of the flowmeter of the physicochemical parameters of the measured liquid, the attenuation level changes when an acoustic pulse passes through the measured medium, and the sensitivity of the piezoelectric transducers also changes. As a result, the amplitude of the received pulses can vary over a wide range. This can lead to a breakdown of the autocirculation in the sync ring when the amplitude of the received signal decreases below the threshold level of the driver amplifier, which cannot be chosen sufficiently low, since this will lead to a false response from interfering signals with a large amplitude of the received signals.

Кроме того, изменение амплитуды принимаемых сигналов в широких пределах приводит к случайному не компенсируемому изменению времени задержки в электронных цепях усилителя-формирователя, сравнимому с разностью времени прохождения акустического импульса по потоку и против при малых скоростях потока (несколько наносекунд). Это приводит к увеличению погрешности измерения скорости потока за счет изменения периода следования импульсов автоциркуляции на величину времени задержки импульсов в электрических цепях усилителя-формирователя. In addition, a wide variation in the amplitude of the received signals leads to a random, non-compensated change in the delay time in the electronic circuits of the amplifier-driver, comparable to the difference in the propagation time of an acoustic pulse in the flow and against at low flow rates (several nanoseconds). This leads to an increase in the error in measuring the flow rate due to a change in the repetition period of the autocirculation pulses by the value of the delay time of the pulses in the electric circuits of the amplifier-former.

Таким образом, недостатками аналогов является пониженная надежность и повышенная погрешность определения скорости потока измеряемой жидкости. Thus, the disadvantages of the analogues are reduced reliability and increased error in determining the flow rate of the measured liquid.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является ультразвуковой расходомер-счетчик УРСВ-010М (4). Известное устройство содержит отрезок трубы и закрепленные на нем два пьезоэлектрических преобразователя, подключенные к коммутатору направления излучения. Синхрокольца расходомера состоят из последовательно соединенных коммутатора направления излучения, усилителя, формирователя импульсов, триггера, формирователя временного окна и формирователя мощных импульсов. Вход схемы принудительного запуска соединен с выходом триггера, а выход связан со вторым входом триггера. Известное устройство содержит также второй и третий триггеры, три счетчика импульсов, регистр управления, генератор образцовой частоты и схему микропроцессорного управления. The closest analogue of the proposed device is an ultrasonic flowmeter-counter URSV-010M (4). The known device comprises a pipe segment and two piezoelectric transducers fixed to it, connected to a radiation direction switch. The synchro-rings of the flowmeter consist of a series-connected switch of the radiation direction, an amplifier, a pulse shaper, a trigger, a time window shaper, and a powerful pulse shaper. The input of the forced start circuit is connected to the output of the trigger, and the output is connected to the second input of the trigger. The known device also contains the second and third triggers, three pulse counters, a control register, a reference frequency generator and a microprocessor control circuit.

Устройство работает следующим образом. После подачи запускающего импульса START от схемы микропроцессорного управления производится сброс второго и третьего триггеров, а также происходит принудительный запуск формирователя временного окна, чем обеспечивается формирование первого зондирующего импульса с помощью формирователя мощных импульсов. Зондирующий импульс через коммутатор направления излучения подается на один из пьезоэлектрических преобразователей. После прохождения через измеряемую жидкость на выходе другого пьезоэлектрического преобразователя сигнал имеет форму радиоимпульса. После усиления в усилителе формирователь импульсов преобразует его в пачку импульсов, которые устанавливают первый триггер в "1" состояние. По этому сигналу формирователь временного окна вырабатывает очередной запускающий импульс. Таким образом происходит регенерация запускающих импульсов в каждом такте излучения сигнала по или против потока жидкости. Под действием этих импульсов происходит заполнение первого счетчика импульсов и в момент его переполнения заканчивается цикл измерения по данному направлению Tn1(Tn2). Значение Tn1(Tn2) пропорционально времени распространения сигнала в электроакустическом тракте Tn1(Tn2):
Tn1= N•T1
где N - коэффициент накопления первого счетчика. Коды, пропорциональные длительности по потоку и против Tn1 и Tn2, формируются во втором и третьем счетчиках. Полученные коды считываются схемой микропроцессорного управления, которая осуществляет обработку результатов измерения и вычисление измеряемого расхода жидкости:
Q=Snn•(Tn1-Tn2), м3/ч,
где Snn- коэффициент преобразования расходомера.
The device operates as follows. After the START trigger pulse is supplied from the microprocessor control circuit, the second and third triggers are reset, and the time window driver is forced to start, which ensures the formation of the first probe pulse using the powerful pulse generator. A probe pulse is fed through a switch of the direction of radiation to one of the piezoelectric transducers. After passing through the measured liquid at the output of another piezoelectric transducer, the signal has the form of a radio pulse. After amplification in the amplifier, the pulse shaper converts it into a packet of pulses, which set the first trigger to the "1" state. According to this signal, the shaper of the time window generates the next triggering pulse. Thus, regeneration of triggering pulses occurs in each cycle of the signal emission along or against the fluid flow. Under the influence of these pulses, the first pulse counter is filled and at the time of its overflow, the measurement cycle in this direction T n1 (T n2 ) ends. The value of T n1 (T n2 ) is proportional to the propagation time of the signal in the electro-acoustic path T n1 (T n2 ):
T n1 = N • T 1
where N is the accumulation coefficient of the first counter. Codes proportional to the duration of the flow and against T n1 and T n2 are formed in the second and third counters. The resulting codes are read by the microprocessor control circuit, which processes the measurement results and calculates the measured fluid flow:
Q = S nn • (T n1 -T n2 ), m 3 / h,
where S nn is the conversion coefficient of the flow meter.

Недостатком прототипа, так же, как и аналогов, является низкая надежность и повышенная погрешность определения скорости потока измеряемой жидкости из-за наличия фиксированного порога срабатывания формирователя импульсов. При фиксированном пороге срабатывания происходят срывы автоциркуляции импульсов, а время задержки в электронных цепях формирователя импульсов изменяется при изменении амплитуды принимаемых импульсов в широких пределах, что увеличивает погрешность измерения. The disadvantage of the prototype, as well as analogues, is the low reliability and increased error in determining the flow rate of the measured liquid due to the presence of a fixed threshold for the operation of the pulse shaper. At a fixed threshold of operation, autocirculation of pulses is disrupted, and the delay time in the electronic circuits of the pulse shaper changes when the amplitude of the received pulses varies over a wide range, which increases the measurement error.

Задача настоящего изобретения - создание ультразвукового расходомера, в котором путем адаптации порога срабатывания компаратора к уровню принимаемого сигнала повышается надежность работы и точность измерения расхода жидкости. The objective of the present invention is the creation of an ultrasonic flow meter, in which by adapting the threshold of the comparator to the level of the received signal, the reliability and accuracy of the measurement of fluid flow are increased.

Задача решается тем, что в ультразвуковой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с калиброванным сечением и закрепленными на нем двумя обратимыми сопряженными пьезоэлектрическими преобразователями, включенными в соответствующие синхрокольца, состоящие из последовательно соединенных коммутатора, усилителя, компаратора, схемы ИЛИ и первого одновибратора, выход которого соединен со входом второго одновибратора, а также через две схемы И с входами соответственно первого и второго формирователей зондирующих импульсов, а пьезоэлектрические преобразователи подключены к выходам соответствующих формирователей зондирующих импульсов и соответствующим входам коммутатора, третий вход которого связан с вторыми входами схем И и выходом устройства микропроцессорного управления, второй выход которого соединен с вторым входом схемы ИЛИ, а вход подключен к выходу второго одновибратора и второму входу компаратора, введены последовательно соединенные третья схема И, счетчик импульсов, регистр последовательного приближения, вычитающее устройство и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с третьим входом компаратора, причем вход третьей схемы И связан с выходом счетчика импульсов, второй вход схемы И соединен с выходом второго одновибратора, а второй вход счетчика связан с вторым входом регистра последовательного приближения и вторым выходом устройства микропроцессорного управления, третий выход которого соединен с третьим входом регистра последовательного приближения, второй выход которого подключен к второму входу устройства микропроцессорного управления, четвертые выходы которого подсоединены к вторым входам вычитающего устройства. The problem is solved in that in an ultrasonic flow meter containing a measuring section of the pipeline with a calibrated cross-section and two reversible conjugated piezoelectric transducers fixed on it, included in the corresponding synchro rings, consisting of a series-connected switch, amplifier, comparator, OR circuit, and the first one-shot, the output of which is connected with the input of the second one-shot, as well as through two AND circuits with the inputs of the first and second formers probing the pulse, respectively c, and the piezoelectric transducers are connected to the outputs of the corresponding probing pulse shapers and the corresponding inputs of the switch, the third input of which is connected to the second inputs of the AND circuit and the output of the microprocessor control device, the second output of which is connected to the second input of the OR circuit, and the input is connected to the output of the second one-shot and the second input of the comparator, the third AND circuit is connected in series, a pulse counter, a sequential approximation register, a subtractor and a digital channel the burn converter, the output of which is connected to the third input of the comparator, the input of the third circuit And connected to the output of the pulse counter, the second input of the circuit And connected to the output of the second one-shot, and the second input of the counter connected to the second input of the sequential approximation register and the second output of the microprocessor control device, the third output of which is connected to the third input of the sequential approximation register, the second output of which is connected to the second input of the microprocessor control device, fourth the outputs of which are connected to the second inputs of the subtractor.

На чертеже представлены: фиг.1 - блок-схема предлагаемого расходомера; фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в точках схемы расходомера. The drawing shows: figure 1 is a block diagram of the proposed flow meter; FIG. 2 - timing diagrams of signals at points in the flowmeter circuit.

Ультразвуковой расходомер содержит измерительный участок трубопровода 1 с калиброванным сечением и закрепленными на нем двумя обратимыми сопряженными пьезоэлектрическими преобразователями 2 и 3, включенными в соответствующие синхрокольца, состоящие из последовательно соединенных коммутатора 4, усилителя 5, компаратора 6, схемы ИЛИ 7 и первого одновибратора 8. Выход первого одновибратора 8 соединен со входом второго одновибратора 9, а также с входами двух схем И 10 и 11, выходы которых подключены к входам соответственно первого 12 и второго 13 формирователей зондирующих импульсов. Пьезоэлектрические преобразователи 2 и 3 подключены к выходам соответствующих формирователей зондирующих импульсов 12 и 13 и соответствующим входам коммутатора 4, третий вход которого связан с вторыми входами схем И 10 и 11, а также выходом устройства микропроцессорного управления 14. Второй выход устройства микропроцессорного управления 14 соединен с вторым входом схемы ИЛИ 7, а вход устройства 14 подключен к выходу второго одновибратора 9 и второму входу компаратора 6. The ultrasonic flow meter contains a measuring section of the pipeline 1 with a calibrated cross-section and two reversible conjugated piezoelectric transducers 2 and 3 fixed on it, included in the corresponding synchro rings, consisting of a series-connected switch 4, amplifier 5, comparator 6, circuit OR 7 and the first one-shot 8. Output the first one-shot 8 is connected to the input of the second one-shot 9, as well as the inputs of the two circuits And 10 and 11, the outputs of which are connected to the inputs of the first 12 and second 13 f probers of probing pulses. Piezoelectric transducers 2 and 3 are connected to the outputs of the corresponding probing pulse generators 12 and 13 and the corresponding inputs of the switch 4, the third input of which is connected to the second inputs of the circuits And 10 and 11, as well as the output of the microprocessor control 14. The second output of the microprocessor control 14 is connected to the second input of the OR circuit 7, and the input of the device 14 is connected to the output of the second one-shot 9 and the second input of the comparator 6.

Для адаптации порога срабатывания компаратора 6 к уровню принимаемого сигнала расходомер содержит последовательно соединенные третью схему И 15, счетчик импульсов 16, регистр последовательного приближения 17, вычитающее устройство 18 и цифроаналоговый преобразователь 19, выход которого соединен с третьим входом компаратора 6. Вход третьей схемы И 15 связан с выходом счетчика импульсов 16, а второй вход схемы И 15 соединен с выходом второго одновибратора 9. Второй вход счетчика импульсов 16 связан с вторым входом регистра последовательного приближения 17 и вторым выходом устройства микропроцессорного управления 14, третий выход которого соединен с третьим входом регистра последовательного приближения 17. Второй выход регистра последовательного приближения 17 подключен к второму входу устройства микропроцессорного управления 14, четвертые выходы которого подсоединены к вторым входам вычитающего устройства 18. To adapt the threshold of the comparator 6 to the level of the received signal, the flow meter contains a third AND 15 circuit connected in series, a pulse counter 16, a sequential approximation register 17, a subtractor 18 and a digital-to-analog converter 19, the output of which is connected to the third input of the comparator 6. The input of the third circuit And 15 connected to the output of the pulse counter 16, and the second input of the circuit And 15 is connected to the output of the second one-shot 9. The second input of the pulse counter 16 is connected to the second input of the serial register 17 and the second output of the microprocessor control device 14, the third output of which is connected to the third input of the sequential approximation register 17. The second output of the sequential approximation register 17 is connected to the second input of the microprocessor control device 14, the fourth outputs of which are connected to the second inputs of the subtracting device 18.

Коммутатор 4 представляет собой мультиплексор аналоговых сигналов с цифровым входом управления и предназначен для подключения приемного пьезоэлектрического преобразователя 2 или 3 в зависимости от направления излучения зондирующего импульса к входу усилителя 5. Switch 4 is an analog signal multiplexer with a digital control input and is designed to connect a receiving piezoelectric transducer 2 or 3, depending on the direction of radiation of the probe pulse to the input of amplifier 5.

Усилитель 5 представляет собой логарифмический усилитель и предназначен для уменьшения динамического диапазона принимаемого сигнала на входе компаратора 6. The amplifier 5 is a logarithmic amplifier and is designed to reduce the dynamic range of the received signal at the input of the comparator 6.

Формирователи зондирующих импульсов 12 и 13 представляют собой ключевые усилители и предназначены для усиления зондирующих импульсов и согласования со входом пьезоэлектрических преобразователей 2 и 3. The probes pulse generators 12 and 13 are key amplifiers and are designed to amplify the probe pulses and match with the input of the piezoelectric transducers 2 and 3.

Устройство микропроцессорного управления 14 представляет собой однокристальную ЭВМ и предназначено для управления режимами работы расходомера и вычисления параметров измеряемой жидкости. The microprocessor control device 14 is a single-chip computer and is intended to control the modes of operation of the flow meter and calculate the parameters of the measured fluid.

Вычитающее устройство 18 содержит в себе, например, схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и сумматоры и предназначено для вычитания из выходного кода регистра последовательного приближения 17 кода, поступающего с четвертого выхода устройства микропроцессорного управления 14. The subtractor 18 includes, for example, EXCLUSIVE OR circuits and adders, and is designed to subtract from the output code of the sequential approximation register 17 the code from the fourth output of the microprocessor control device 14.

Остальные элементы схемы общеизвестны и не имеют особенностей. The remaining elements of the scheme are well known and have no features.

По принципу работы расходомер относится к времяимпульсным ультразвуковым расходомерам, его работа основана на измерении разности времен прохождения коротких зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний по направлению движения потока жидкости в трубопроводе и против него. Возбуждение зондирующих импульсов производится первичными пьезоэлектрическими преобразователями, установленными на трубопровод с измеряемым расходом. According to the principle of operation, the flow meter refers to time-pulsed ultrasonic flow meters, its operation is based on measuring the difference in the transit times of short probe pulses of ultrasonic vibrations in the direction of movement of the fluid flow in the pipeline and against it. The probe pulses are excited by primary piezoelectric transducers mounted on a pipeline with a measured flow rate.

По способу организации зондирования потока жидкости ультразвуковыми импульсами расходомер относится к автоциркуляционным расходомерам с попеременной коммутацией. Особенностью расходомера является попеременное функционирование двух синхроколец. Синхрокольца образованы приемно-усилительным трактом, охваченным запаздывающей обратной связью через электроакустический тракт (пьезоэлектрический преобразователь 2 - жидкость - пьезоэлектрический преобразователь 3). According to the method of organizing sounding of a fluid flow by ultrasonic pulses, the flow meter relates to alternating-circuit auto-circulation flow meters. A feature of the flowmeter is the alternate functioning of two synchro-rings. The synchro-rings are formed by a receiving-amplifying path covered by delayed feedback through the electro-acoustic path (piezoelectric transducer 2 — liquid — piezoelectric transducer 3).

Движение жидкости в трубопроводе приводит к изменению полного времени распространения ультразвуковых сигналов между пьезоэлектрическими преобразователями: по потоку жидкости время распространения уменьшается, а против потока - возрастает. Расходомер посредством попеременного излучения в движущуюся жидкость ультразвуковых колебаний и их приема осуществляет измерение времен распространения зондирующих импульсов по потоку и против потока жидкости:

Figure 00000002

где T1, T2 - полное время распространения зондирующих импульсов, соответственно против потока и по потоку жидкости;
L - расстояние между излучателями;
C - скорость распространения ультразвуковых колебаний в неподвижной жидкости;
V - скорость жидкости, усредненная вдоль ультразвукового луча;
ΔL/C время прохождения зондирующих импульсов не измерительных участков синхроколец, включающее и время задержки в электронных цепях расходомера.The movement of fluid in the pipeline leads to a change in the total propagation time of ultrasonic signals between piezoelectric transducers: the propagation time decreases along the fluid flow, and increases against the flow. The flowmeter, through alternating radiation into the moving fluid of ultrasonic vibrations and their reception, measures the propagation times of the probe pulses along and against the fluid flow:
Figure 00000002

where T 1 , T 2 - the total propagation time of the probe pulses, respectively, against the flow and the fluid flow;
L is the distance between the emitters;
C is the propagation velocity of ultrasonic vibrations in a stationary fluid;
V is the fluid velocity averaged along the ultrasound beam;
ΔL / C is the transit time of the probe pulses of non-measuring sections of the synchro ring, including the delay time in the electronic circuits of the flowmeter.

Затем расходомер вычисляет разность и расход,

Figure 00000003

где Q - измеряемый расход жидкости;
K1 - гидродинамический коэффициент;
Figure 00000004

D - внутренний диаметр трубопровода.Then the flowmeter calculates the difference and flow rate,
Figure 00000003

where Q is the measured fluid flow rate;
K 1 is the hydrodynamic coefficient;
Figure 00000004

D is the inner diameter of the pipeline.

Ультразвуковой расходомер работает следующим образом. Ultrasonic flowmeter operates as follows.

Устройство работает в двух режимах: "Калибровка" и "Измерение". В режиме "Калибровка" происходит адаптация порога чувствительности компаратора 6 к уровню принимаемого сигнала. После этого следует режим "Измерение", при котором происходит измерение суммарного времени распространения N импульсов в электроакустическом тракте. The device operates in two modes: "Calibration" and "Measurement". In the "Calibration" mode, the sensitivity threshold of the comparator 6 is adapted to the level of the received signal. This is followed by the “Measurement” mode, in which the total propagation time of N pulses in the electro-acoustic path is measured.

В режиме "Калибровка" устройство микропроцессорного управления 14 на своем первом выходе формирует команду направления излучения, например, лог. "0", которая поступает на третий вход коммутатора 4 и вторые входы схем И 10 и 11, подготавливается расходомер для излучения и приема зондирующих импульсов против потока. При этом одновибратор 8 через схему И 11 подключается к входу формирователя зондирующих импульсов 13, а пьезоэлектрический преобразователь 2 через коммутатор 4 подключается к входу усилителя 5. In the "Calibration" mode, the microprocessor control device 14 at its first output generates a radiation direction command, for example, a log. "0", which enters the third input of the switch 4 and the second inputs of circuits I 10 and 11, a flow meter is prepared for radiation and reception of probe pulses against the flow. In this case, the one-shot 8 through the circuit And 11 is connected to the input of the shaper of the probe pulses 13, and the piezoelectric transducer 2 through the switch 4 is connected to the input of the amplifier 5.

Временные диаграммы работы расходомера в режиме "Калибровка" представлены на фиг. 2, а-г. Timing diagrams of the flowmeter operation in the Calibration mode are presented in FIG. 2, a-d.

После этого устройство микропроцессорного управления 14 на своих втором и третьем выходах формирует соответственно сигналы запуска (фиг. 2,б) и калибровки (фиг. 2,а), причем сигнал запуска поступает на вход сброса счетчика импульсов 16, тактовый вход регистра последовательного приближения 17 и второй вход схемы ИЛИ 7, а сигнал калибровки поступает на стартовый вход регистра последовательного приближения 17. По этим сигналам обнуляется счетчик импульсов 16 и начинается цикл преобразования регистра последовательного приближения 17, при этом на выходе старшего разряда Qn появляется напряжение низкого уровня, на всех остальных - высокого уровня. На четвертом выходе устройство микропроцессорного управления 14 формирует нулевой код, который поступает на второй вход вычитающего устройства 18. Таким образом, выходной код регистра последовательного приближения 17 через вычитающее устройство 18 без изменений поступает на вход цифроаналогового преобразователя 19, который формирует соответствующее аналоговое напряжение, поступающее на пороговый вход компаратора 6. Это напряжение на первом такте преобразования равно половине диапазона изменения сигнала на выходе усилителя 5.After that, the microprocessor control device 14 at its second and third outputs generates, respectively, triggering signals (Fig. 2, b) and calibration (Fig. 2, a), and the triggering signal is fed to the reset input of the pulse counter 16, the clock input of the sequential approximation register 17 and the second input of the OR circuit 7, and the calibration signal is fed to the start input of the sequential approximation register 17. Based on these signals, the pulse counter 16 is reset and the conversion cycle of the sequential approximation register 17 starts, while ode MSB Q n low level voltage appears on all others - high level. At the fourth output, the microprocessor control device 14 generates a zero code, which is fed to the second input of the subtracting device 18. Thus, the output code of the sequential approximation register 17 through the subtracting device 18 goes to the input of the digital-analog converter 19, which generates the corresponding analog voltage supplied to threshold input of the comparator 6. This voltage at the first conversion step is equal to half the range of the signal at the output of the amplifier 5.

Как указывалось выше, импульс запуска с второго выхода устройства микропроцессорного управления 14 через схему ИЛИ 7 поступает на вход одновибратора 8, который формирует короткий импульс, поступающий через схему И 11 на вход формирователя зондирующих импульсов 13. Последний формирует мощный импульс, поступающий на вход пьезоэлектрического преобразователя 3, который преобразует электрический сигнал в акустический и излучает его в измеряемую жидкость. Пьезоэлектрический преобразователь 2 принимает акустический сигнал, преобразует его в электрический, который через коммутатор 4 поступает на вход усилителя 5. Принятый сигнал имеет форму радиоимпульса. Усиленный сигнал поступает на вход компаратора 6, где сравнивается с пороговым уровнем, задаваемым цифроаналоговым преобразователем 19. В случае превышения амплитуды сигнала порогового уровня на выходе компаратора 6 появляется импульс, который через схему ИЛИ 7 поступает на вход одновибратора 8, формирующего короткий импульс, который снова через схему И 11 поступает на вход формирователя зондирующих импульсов 13 и процесс автоциркуляции в синхрокольце продолжается. As mentioned above, the start pulse from the second output of the microprocessor control device 14 through the OR 7 circuit is fed to the input of a single-shot 8, which generates a short pulse coming through the And 11 circuit to the input of the probe pulse shaper 13. The latter generates a powerful pulse received at the input of the piezoelectric transducer 3, which converts an electrical signal into an acoustic signal and emits it into a measured liquid. The piezoelectric transducer 2 receives an acoustic signal, converts it into an electric signal, which through the switch 4 is fed to the input of the amplifier 5. The received signal has the form of a radio pulse. The amplified signal is fed to the input of the comparator 6, where it is compared with the threshold level set by the digital-to-analog converter 19. If the amplitude of the signal of the threshold level is exceeded, a pulse appears at the output of the comparator 6, which, through the OR 7 circuit, is fed to the input of the one-shot 8, forming a short pulse, which again through the circuit And 11 enters the input of the shaper of the probe pulses 13 and the process of auto-circulation in the synchro ring continues.

Одновременно короткий импульс с выхода одновибратора 8 поступает на вход одновибратора 9, который формирует сигнал строба длительностью, не превышающей время распространения сигнала в измеряемой жидкости (фиг. 2,в). Этот сигнал поступает на вход запрета компаратора 6 и запрещает его работу после прохождения первой полуволны входного радиоимпульса, что необходимо для защиты от помех. At the same time, a short pulse from the output of the single vibrator 8 is fed to the input of the single vibrator 9, which generates a strobe signal with a duration not exceeding the propagation time of the signal in the measured liquid (Fig. 2, c). This signal is fed to the ban input of the comparator 6 and prohibits its operation after the passage of the first half-wave of the input radio pulse, which is necessary to protect against interference.

Сигнал строба с выхода одновибратора 9 через схему И 15 поступает также на тактовый вход счетчика импульсов 16. Под действием этих импульсов происходит заполнение счетчика 16 и в момент его переполнения формируется выходной сигнал - лог "1", который поступает на вход последовательных данных регистра 17 и первый вход схемы И 15, запрещая дальнейшее прохождение импульсов строба на вход счетчика 16. The strobe signal from the output of the one-shot 9 through the And 15 circuit also goes to the clock input of the pulse counter 16. Under the influence of these pulses, the counter 16 is filled and at the time of its overflow an output signal is generated - log "1", which is fed to the input of the serial data of register 17 and the first input of the circuit And 15, prohibiting the further passage of strobe pulses to the input of the counter 16.

Если первоначально установленный на выходе цифроаналогового преобразователя 19 порог превышает амплитуду сигнала на входе компаратора 6, то процесс автоциркуляции в синхрокольце не происходит и, следовательно, импульсы строба на выходе одновибратора 9 не формируются, счетчик 16 остается незаполненным и его выходной сигнал также не формируется. If the threshold initially set at the output of the digital-analog converter 19 exceeds the amplitude of the signal at the input of the comparator 6, then the auto-circulation process does not occur in the sync ring and, therefore, the strobe pulses at the output of the single-vibrator 9 are not generated, the counter 16 remains blank and its output signal is also not generated.

Через время, необходимое для полного заполнения счетчика 16, устройство микропроцессорного управления 14 формирует на своем втором выходе следующий сигнал запуска. По этому сигналу обнуляется счетчик 16, а по входу последовательных данных регистра 17 записывается в старший разряд выходной сигнал счетчика 16 в зависимости от того был ли заполнен счетчик 16 или нет. Кроме того, на выходе последующего старшего разряда Qn-1 регистра 17 появляется напряжение низкого уровня, а на всех последующих младших разрядах остается напряжение высокого уровня. Таким образом, пороговое напряжение на входе компаратора 6 изменяется.After the time required to completely fill the counter 16, the microprocessor control device 14 generates at its second output the next trigger signal. By this signal, the counter 16 is reset, and by the input of the serial data of the register 17, the output signal of the counter 16 is written to the high order, depending on whether the counter 16 has been filled or not. In addition, a low level voltage appears at the output of the subsequent high order bit Q n-1 of register 17, and a high level voltage remains at all subsequent low order bits. Thus, the threshold voltage at the input of the comparator 6 is changed.

Импульс запуска через схему ИЛИ 7 поступает также и на одновибратор 8 и процесс автоциркуляции импульсов в синхрокольце возобновляется, но уже при новом значении порогового напряжения на входе компаратора 6. Далее расходомер работает вышеописанным способом и в результате в регистре 17 устанавливается значение кода в разряде Qn-1.The start pulse through the OR 7 circuit also arrives at the single-vibrator 8 and the process of auto-circulation of pulses in the sync ring resumes, but already with a new threshold voltage at the input of the comparator 6. Then the flowmeter works as described above and as a result, the code value in the discharge Q n is set in register 17 -1 .

Аналогичным образом по известному принципу работы регистра последовательного приближения устанавливаются значения кода во всех остальных младших разрядах регистра 17, причем общее число тактов импульсов запуска равно количеству разрядов регистра 17. По окончании цикла преобразования на втором выходе регистра 17 формируется отрицательный перепад напряжения (фиг. 2,г), поступающий на второй вход устройства микропроцессорного управления 14. По этому сигналу устройство микропроцессорного управления 14 на четвертом выходе формирует код, поступающий на второй вход вычитающего устройства 18, который вычитается из выходного кода регистра 17. Выходной код вычитающего устройства 18 преобразуется в цифроаналоговом преобразователе 19 в аналоговое напряжение и поступает на пороговый вход компаратора 6. Similarly, according to the well-known principle of operation of the sequential approximation register, the code values are set in all other low-order bits of the register 17, and the total number of clock cycles of the start pulses is equal to the number of bits of the register 17. At the end of the conversion cycle, a negative voltage drop is formed at the second output of the register 17 (Fig. 2, g) received at the second input of the microprocessor control device 14. Based on this signal, the microprocessor control device 14 generates a code at the fourth output, post Payuschie the second input of subtractor 18 which subtracts from the output register 17. The output code code subtractor 18 is converted to a digital to analog converter 19 into an analog voltage and is supplied to the threshold input of comparator 6.

Таким образом, в регистре последовательного приближения 17 формируется код, соответствующий амплитуде сигнала на входе компаратора 6, а пороговое напряжение, формируемое цифроаналоговым преобразователем 19, заведомо меньше амплитуды сигнала при реально существующих в данный момент условиях эксплуатации на величину помехозащищенности, т.е. пороговый уровень адаптирован к реально существующей амплитуде входного сигнала. Это приводит к невозможности срыва процесса автоциркуляции при изменении в условиях эксплуатации расходомера физико-химических параметров измеряемой жидкости и, следовательно, изменении уровня принимаемого сигнала, что повышает надежность работы устройства. Кроме того, подстройка порога срабатывания к амплитуде принимаемого сигнала позволяет сделать время задержки в электронных цепях компаратора постоянной величиной, не зависящей от амплитуды принимаемого сигнала, что повышает точность измерения расходомера. Thus, a code corresponding to the signal amplitude at the input of the comparator 6 is generated in the sequential approximation register 17, and the threshold voltage generated by the digital-to-analog converter 19 is obviously less than the signal amplitude under the operating conditions actually existing at the moment by the amount of noise immunity, i.e. the threshold level is adapted to the actual amplitude of the input signal. This leads to the impossibility of disrupting the auto-circulation process when the physico-chemical parameters of the measured liquid change under operating conditions of the flowmeter and, consequently, the level of the received signal changes, which increases the reliability of the device. In addition, adjusting the response threshold to the amplitude of the received signal allows you to make the delay time in the electronic circuits of the comparator a constant value that does not depend on the amplitude of the received signal, which increases the accuracy of the flow meter.

После этого следует режим "Измерение", при котором происходит измерение суммарного времени распространения N импульсов в электроакустическом тракте при излучении импульсов в том же направлении, при котором происходит режим "Калибровка". This is followed by the "Measurement" mode, in which the total propagation time of N pulses in the electro-acoustic path is measured when the pulses are emitted in the same direction as the "Calibration" mode.

Временные диаграммы работы расходомера в режиме "Измерение" представлены на фиг. 2, д-и. Timing diagrams of the flowmeter operation in the "Measurement" mode are presented in FIG. 2, d.

В этом режиме устройство микропроцессорного управления 14 на втором выходе формирует сигнал запуска, поступающий через схему ИЛИ 7 на вход одновибратора 8, который вырабатывает короткие импульсы заданной длительности (фиг. 2, з). Импульсы с выхода одновибратора 8 через схему И 11 подаются на формирователь зондирующих импульсов 13, вырабатывающий мощный импульс заданной формы (фиг. 2, д), который поступает на передающий преобразователь 3. Принятый пьезоэлектрическим преобразователем 2 входной сигнал через коммутатор 4 и усилитель 5 поступает на вход компаратора 6 (фиг. 2,е), где сравнивается с раннее установленным в режиме "Калибровка" пороговым уровнем. На выходе компаратора 6 формируются импульсы превышения амплитуды входного сигнала над пороговым значением (фиг. 2,ж), которые через схему ИЛИ 7 поступают на вход одновибратора 8 и начинается процесс автоциркуляции импульсов в синхрокольце. In this mode, the microprocessor control device 14 at the second output generates a trigger signal that arrives through the OR 7 circuit at the input of the single-shot 8, which generates short pulses of a given duration (Fig. 2, h). The pulses from the output of the one-shot 8 through the circuit And 11 are fed to the probe pulse shaper 13, which generates a powerful pulse of a given shape (Fig. 2, e), which is transmitted to the transmitting transducer 3. The input signal received by the piezoelectric transducer 2 through the switch 4 and the amplifier 5 is fed to the input of the comparator 6 (Fig. 2, e), where it is compared with the threshold level set earlier in the "Calibration" mode. At the output of the comparator 6, pulses are formed that exceed the amplitude of the input signal over the threshold value (Fig. 2g), which, through the OR 7 circuit, are fed to the input of a single-vibrator 8 and the process of auto-circulation of pulses in the sync ring begins.

Одновременно короткий импульс с выхода одновибратора 8 поступает на вход одновибратора 9, который формирует сигнал строба (фиг. 2,и), поступающий на вход запрета компаратора 6 и запрещает его работу после прохождения первой полуволны входного радиоимпульса, что повышает помехозащищенность расходомера. Сигнал с выхода одновибратора 9 поступает также на первый вход устройства микропроцессорного управления 14, которое измеряет время распространения пачки из N зондирующих импульсов против потока: Tn1=N•T1.At the same time, a short pulse from the output of the one-shot 8 goes to the input of the one-shot 9, which generates a strobe signal (Fig. 2, and), which goes to the inhibit input of the comparator 6 and prohibits its operation after the first half-wave of the input radio pulse passes, which increases the noise immunity of the flowmeter. The signal from the output of the one-shot 9 also arrives at the first input of the microprocessor control device 14, which measures the propagation time of a packet of N probe pulses against the flow: T n1 = N • T 1 .

После этого расходомер переходит в режим "Калибровка", а затем режим "Измерение" при излучении зондирующих импульсов по потоку измеряемой жидкости. Для этого устройство микропроцессорного управления 14 формирует на первом выходе команду направления излучения по потоку (лог. "1"), которая в этом случае подключает одновибратор 8 через схему И 10 к входу формирователя зондирующих импульсов 12, а пьезоэлектрический преобразователь 3 через коммутатор 4 подключается к входу усилителя 5, подготавливая расходомер для излучения и приема зондирующих импульсов по потоку измеряемой жидкости. Затем расходомер в режимах "Калибровка" и "Измерение" работает аналогично вышеописанному при излучении зондирующих импульсов против потока. After that, the flowmeter enters the “Calibration” mode, and then the “Measurement” mode when the sounding pulses are emitted from the measured fluid flow. For this, the microprocessor control device 14 generates at the first output a command for directing radiation along the stream (log. "1"), which in this case connects the single-shot 8 through the I 10 circuit to the input of the probe pulse generator 12, and the piezoelectric transducer 3 is connected via the switch 4 to the input of the amplifier 5, preparing a flowmeter for radiation and reception of probe pulses along the flow of the measured liquid. Then the flowmeter in the "Calibration" and "Measurement" modes works similarly to that described above when probing pulses are emitted against the flow.

В результате устройство микропроцессорного управления 14 измеряет время распространения пачки из N зондирующих импульсов по потоку измеряемой жидкости: Tn2 = N•T2
После измерения времени распространения против потока Tn1 и по потоку Tn2 устройство микропроцессорного управления 14 осуществляет обработку результатов измерения и вычисление по измеренным значениям интервалов времени по обоим направлениям расхода жидкости по вышеприведенной формуле. Затем процесс калибровки и измерения времени распространения зондирующих импульсов по обоим направлениям повторяется и т.д.
As a result, the microprocessor control device 14 measures the propagation time of a packet of N probe pulses along the flow of the measured liquid: T n2 = N • T 2
After measuring the propagation time against the flow T n1 and the flow T n2 , the microprocessor control device 14 processes the measurement results and calculates the measured time intervals in both directions of fluid flow according to the above formula. Then the process of calibration and measurement of the propagation time of the probe pulses in both directions is repeated, etc.

Таким образом, ультразвуковой расходомер обеспечивает высокую надежность работы и измерения расхода жидкости с малой погрешностью в случае изменения в условиях эксплуатации физико-химических параметров измеряемой жидкости и чувствительности пьезоэлектрических преобразователей. Thus, the ultrasonic flow meter provides high reliability and measurement of fluid flow with a small error in case of changes in the operating conditions of the physico-chemical parameters of the measured fluid and the sensitivity of the piezoelectric transducers.

ЛИТЕРАТУРА
1. Авт. св. СССР N 1364882, G 01 F 1/66, опубл. 1988 г.
LITERATURE
1. Auth. St. USSR N 1364882, G 01 F 1/66, publ. 1988 year

2. Патент РФ N 2018089, G 01 F 1/66, опубл. 1994 г. 2. RF patent N 2018089, G 01 F 1/66, publ. 1994

3. Патент РФ N 2085858, G 01 F 1/66, опубл. 1997 г. 3. RF patent N 2085858, G 01 F 1/66, publ. 1997 year

4. Расходомер-счетчик ультразвуковой УРСВ-010М "Взлет РС" B 35.30-00.00м 4. Ultrasonic flowmeter-counter URSV-010M "Takeoff RS" B 35.30-00.00m

Claims (1)

Ультразвуковой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с калиброванным сечением и закрепленным на нем двумя обратимыми сопряженными пьезоэлектрическими преобразователями, включенными в соответствующие синхрокольца, состоящие из последовательно соединенных коммутатора, усилителя, компаратора, схемы ИЛИ и первого одновибратора, выход которого соединен с входом второго одновибратора, а также через две схемы И с входами соответственно первого и второго формирователей зондирующих импульсов, а пьезоэлектрические преобразователи подключены к выходам соответствующих формирователей зондирующих импульсов и соответствующим входам коммутатора, третий вход которого связан с вторыми входами схем И и выходом устройства микропроцессорного управления, второй выход которого соединен с вторым входом схемы ИЛИ, а вход подключен к выходу второго одновибратора и второму входу компаратора, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные третья схема И, счетчик импульсов, регистр последовательного приближения, вычитающее устройство и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с третьим входом компаратора, причем вход третьей схемы И связан с выходом счетчика импульсов, второй вход схемы И - с выходом второго одновибратора, а второй вход счетчика импульсов - с вторым входом регистра последовательного приближения и вторым выходом устройства микропроцессорного управления, третий выход которого соединен с третьим входом регистра последовательного приближения, второй выход которого подключен к второму входу устройства микропроцессорного управления, четвертые выходы которого подсоединены к вторым входам вычитающего устройства. An ultrasonic flow meter containing a measuring section of a pipeline with a calibrated cross section and fixed on it by two reversible conjugated piezoelectric transducers included in the corresponding synchro rings, consisting of a series-connected switch, amplifier, comparator, OR circuit, and a first one-shot, the output of which is connected to the input of the second one-shot, and also through two AND circuits with inputs of the first and second probes of probes, respectively, and the piezoelectric pre Browsers are connected to the outputs of the corresponding probing pulse generators and the corresponding inputs of the switch, the third input of which is connected to the second inputs of the AND circuit and the output of the microprocessor control device, the second output of which is connected to the second input of the OR circuit, and the input is connected to the output of the second one-shot and the second input of the comparator, characterized in that a third AND circuit, a pulse counter, a sequential approximation register, a subtractor and a digital channel are introduced in series the burn converter, the output of which is connected to the third input of the comparator, the input of the third circuit And connected to the output of the pulse counter, the second input of the circuit And to the output of the second one-shot, and the second input of the pulse counter to the second input of the sequential approximation register and the second output of the microprocessor control device the third output of which is connected to the third input of the sequential approximation register, the second output of which is connected to the second input of the microprocessor control device, the fourth outputs whose odes are connected to the second inputs of the subtractor.
RU99113932A 1999-06-23 1999-06-23 Ultrasonic flowmeter RU2160887C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113932A RU2160887C1 (en) 1999-06-23 1999-06-23 Ultrasonic flowmeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113932A RU2160887C1 (en) 1999-06-23 1999-06-23 Ultrasonic flowmeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2160887C1 true RU2160887C1 (en) 2000-12-20

Family

ID=20221917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99113932A RU2160887C1 (en) 1999-06-23 1999-06-23 Ultrasonic flowmeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2160887C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009139661A1 (en) 2008-05-12 2009-11-19 Закрытое Акционерное Общество "Когерент" Device for measuring the volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
US8695435B2 (en) 2008-05-12 2014-04-15 Closed Corporation Coherent Method of measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009139661A1 (en) 2008-05-12 2009-11-19 Закрытое Акционерное Общество "Когерент" Device for measuring the volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
US8020452B2 (en) 2008-05-12 2011-09-20 Closed Corporation Coherent Apparatus for measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
CN102027334B (en) * 2008-05-12 2012-07-04 关联封闭合资股份公司 Device for measuring the volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
US8695435B2 (en) 2008-05-12 2014-04-15 Closed Corporation Coherent Method of measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5812548B2 (en) Gas bubble measurement device in liquid
JP2774270B2 (en) Method and apparatus for suppressing fixed target echoes in distance measurements according to the pulse transit time principle
US5818735A (en) Method and system for high resolution time-of-flight measurements
JP2022516484A (en) Dynamic temperature calibration of ultrasonic transducer
US3688565A (en) Ultrasonic thickness gauge
RU2160887C1 (en) Ultrasonic flowmeter
RU2284015C2 (en) Method and device for measuring flux discharge
RU2195635C1 (en) Method of measurement of level of liquid and loose media
SU1504520A1 (en) Method and apparatus for measuring velocity of ultrasound
SU859940A1 (en) Uhf pulse power meter
RU180028U1 (en) CORRELATION SPEED METER
SU930169A1 (en) Method of location of communication line damage
RU1820230C (en) Device for measuring speed of propagation of ultrasonic oscillations
SU894552A1 (en) Method of ultrasound speed determination
RU2106602C1 (en) Ultrasound flowmeter
RU2165085C2 (en) Gear measuring flow velocity of substance
RU2244270C1 (en) Device for measuring sound speed in liquid environment
SU1608432A1 (en) Device for measuring speed of ultrasound in solid and liquid media
SU599206A1 (en) Device for determining ultrasound propagation velocity
JPH0117090B2 (en)
SU1298540A1 (en) Ultrasonic device for measuring distances in gaseous atmosphere
RU2073830C1 (en) Method of measurement of flow rate of liquid and gaseous media
SU1465715A2 (en) Hydraulic meter of sound velocity
SU932240A1 (en) Ultrasonic flow meter
SU972223A1 (en) Pulse single-channel ultrasonic flowmeter