RU29371U1

RU29371U1 - FLOWMETER

Info

Publication number: RU29371U1
Application number: RU2002126134/20U
Authority: RU
Inventors: рев А.Н. Дегт; А.Н. Дегтярев; А.Л. Михайлов; кин П.Б. Род; П.Б. Родякин
Original assignee: Научно-производственное объединение "Наука"
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2003-05-10

Description

Если акустические колебания направлены вдоль оси трубы, то cosa 1 и Дг °If acoustic vibrations are directed along the axis of the pipe, then cosa 1 and Дг °

где U о - осевая скорость потока. Таким образом, разность времен Дт прямо пропорциональна скорости и о или и L , ЧТО позволяет определить усредненную осевую скорость потока жидкости и ,. При известной площади сечения трубы, через который протекает жидкость, расход вычисляют как произведение площади сечения трубы на осевую скорость потока и оход загрязненных жидких сред, или сред с развитой масштабной турбулентностью. В этих случаях акустический сигнал рассеивается на неоднородностях нотока, к каким относятся взвешенные частицы и масштабная турбулентность, т.к. длина акустической волны значительно меньше размера неоднородностей.where U about - axial flow velocity. Thus, the time difference Dm is directly proportional to the speed of both a or L, which allows us to determine the averaged axial velocity of the fluid flow and,. With the known cross-sectional area of the pipe through which the fluid flows, the flow rate is calculated as the product of the cross-sectional area of the pipe and the axial flow velocity and bypass of the contaminated liquid media, or media with developed large-scale turbulence. In these cases, the acoustic signal is scattered on the inhomogeneities of the note, which include suspended particles and large-scale turbulence, because the acoustic wavelength is much less than the size of the inhomogeneities.

Наиболее близким но технической сущности решением является расходомер 2, содержащий излучатель и приемшж акустических колебаний, установленные на новерхности трубы с возможностью взаимодействия друг с другом в виде двух ньезоэлектрических нреобразователей, введенных в измеряемый поток, к которым присоединен электронный блок, состоящий из микропроцессора и аналоговой части, представляющей собой логическую схему, соединенную с формирователем акустических ультразвуковых волн в виде импульсов, вычисления и отображения информации о расходе жидкости, причем, нриемо-нередающие устройства представляющие собой датчики, встроенные в преобразующий модуль, вьшолненный в виде вытянутого стрелковидного корпуса. Для определения расхода Ж1щкости измеряют скорость потока путем излучения акустических ультразвуковых импульсов по течению жидкости и против течения, задаваемых с помощью микропроцессора, вычисления средней скорости потока, а затем расхода. Однако такие расходомеры также имеют большую погрешность из-за нестабильности и неточности измерений в результате случайных номех и инерционности.The closest but technical essence solution is a flowmeter 2, containing an emitter and a receiver of acoustic vibrations mounted on the pipe surface with the possibility of interaction with each other in the form of two non-electric transducers introduced into the measured stream, to which an electronic unit consisting of a microprocessor and an analog part is connected , which is a logical circuit connected to a shaper of acoustic ultrasonic waves in the form of pulses, calculating and displaying information about races the course of the fluid, moreover, nriem-non-emitting devices representing sensors built into the converting module, made in the form of an elongated arrow-shaped body. To determine the flow rate, the flow velocity is measured by emitting acoustic ultrasonic pulses along the fluid flow and against the flow, set using a microprocessor, calculating the average flow velocity, and then the flow rate. However, such flowmeters also have a large error due to the instability and inaccuracy of measurements as a result of random noise and inertia.

Полезная модель.(ПМ) решает задачу создания расходомера с улучщенными техническими характеристиками.Utility model. (PM) solves the problem of creating a flowmeter with improved technical characteristics.

Техническим результатом, достигаемьм при использовании П М , является ликвидация вьппеуказанных недостатков путем создания устройства, позволяющего использовать задаваемый коэффициент усиления и расширения временных интервалов акустической волны, что исключает влияния различных помех, снижает инерционность и повьппает точность измерения.The technical result achieved by using PM is the elimination of the indicated drawbacks by creating a device that allows you to use the specified gain and extension of the time intervals of the acoustic wave, which eliminates the effects of various noise, reduces inertia and improves measurement accuracy.

Этот технический результат достигается тем, что в расходомере, содержащем излучатель и приемник акустических колебаний, установленные на трубе с возможностью взаимодействия друг с другом, в виде двух пьезоэлектрических преобразователей, введенных в измеряемый поток, к которым присоединен электронный блок, состоящий из микропроцессора и аналоговой части, представляющей собой логическую схему, соединенную с формирователем возбуждающих импульсов в пьезоэлектрических преобразователях, а микропроцессор вьшолнен с возможностью формирования управляющих сигналов и измерения длительности сигналов, соответствующих времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку и против потока, и определения по разности длительности прохождения ультразвукового сигнала по потоку и против потока, расхода iThis technical result is achieved in that in a flowmeter containing an emitter and a receiver of acoustic vibrations mounted on a pipe with the possibility of interaction with each other, in the form of two piezoelectric transducers inserted into the measured flow, to which an electronic unit consisting of a microprocessor and an analog part is connected , which is a logic circuit connected to a driver of exciting pulses in piezoelectric transducers, and the microprocessor is configured to control signals and measuring the duration of the signals corresponding to the transit time of the ultrasonic signal along the flow and against the flow, and determining the difference in the duration of the passage of the ultrasonic signal along the flow and against the flow, flow rate i

измеряемой среды, аналоговая асть содержит дополнительный формирователь возбуждающих импульсов, логи еская схема вьшолнена с возможностью переклю ения соединенного с ней коммутатора, к первому и второму входам которого подсоединены ее первый и второй выходы, при этом каждый выход коммутатора подклю ен к входу одного из формирователей возбуждающих импульсов, выход каждого из которых подсоединен ерез то ку соединения каждого из выходов формирователей импульсов и пьезоэлектри еских преобразователей, к одному из входов аналогового клю а, при ем, коммутатор вьшолнен с возможностью поо ередного вклю ения формирователей возбуждающих импульсов, выход аналогового клю а соединен ерез усилитель сигнала, подклю енный к детектору, выполненному с возможностью автомати еского регулирования с помощью схемы формирования напряжения, вклю енной между усилителем сигнала и детектором, коэффициента усиления усилителя сигнала, и ерез детектор рабоего импульса, который подклю ен к усилителю сигнала ерез общую то ку соединения усилителя сигнала с детектором усиления, с входом формирователя рабо его импульса, при ем, детектор рабо его импульса вьщолнен с возможностью формирования в формирователе рабо его импульса сигнала, соответствующего времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку или против потока, который остгюавливает формирователь рабо его импульса после поступления на него этого сигнала, первый выход формирователя рабо их импульсов соединен с первым входом расщирителя временных интервалов ерез общую току соединения его со вторым входом микропроцессора, при ем, третий вход распшрителя временных интервалов, вьшолненного с возможностью вьщеления из импульса сигнала, не попадающего в такт астоте тактового генератора и формирования растянутого сигнала, соединен с выходом тактового генератора ерез общую то ку соединения его с первьш входом микропроцессора, при этом выход расщирителя временных интервалов соединен к третьим входом микропроцессора с возможностью пода и на него сигналов, соответствующих времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку или против потока, при ем, второй вход формирователя рабо их импульсов подклю ен к третьему выходу логи еской схемы ерез общую то ку подклю ения третьего выхода логи еской схемы к первому входу расщирителя временных интервалов и общую то ку подклю ения второго выхода логи еского клю а к первому входу расширителя временных интервалов.of the medium being measured, the analog part contains an additional driver of exciting pulses, the logic circuit is implemented with the possibility of switching the switch connected to it, the first and second inputs of which are connected to its first and second outputs, while each output of the switch is connected to the input of one of the driver pulses, the output of each of which is connected through the connection of each of the outputs of the pulse shapers and piezoelectric transducers, to one of the inputs of the analog switch, at the reception, the switch is configured to turn on the drivers of exciting pulses one at a time, the output of the analog switch is connected via a signal amplifier connected to a detector, which is capable of automatic regulation using a voltage generation circuit connected between the signal amplifier and the detector, the coefficient amplification of the signal amplifier, and through a working pulse detector, which is connected to the signal amplifier through the common current connection of the signal amplifier with the gain detector, with the input For the working pulse, while receiving, the working pulse detector is capable of generating a signal in the shaper of the working pulse corresponding to the transit time of the ultrasonic signal along the flow or against the stream, which cools the shaper of the working pulse after this signal arrives at it, the first output of the shaper the working pulses are connected to the first input of the time slot extender through the total current of its connection with the second input of the microprocessor, and the third input of the time interval extender is received A fishing signal with the possibility of introducing a signal from the pulse that does not fall into the clock frequency of the clock generator and generating a stretched signal is connected to the output of the clock generator through a common current connecting it to the first input of the microprocessor, while the output of the time slot extender is connected to the third input of the microprocessor with the possibility of applying and to it signals corresponding to the transit time of the ultrasonic signal upstream or downstream, while receiving, the second input of the pulse shaper is connected to etemu output logs eskoy the general scheme Erez ku Con eniya logs eskoy third output circuit to the first input rasschiritelya slots and the overall ku Con eniya second output logs eskogo key again and to the first input of the expander slots.

Кроме того, излу атель и приемник акусти еских колебаний, могут быгь установлены на трубе с возможностью взаимодействия друг с другом ерез отражатель ультразвуковых колебаний.In addition, the emitter and receiver of acoustic vibrations can be mounted on the pipe with the possibility of interaction with each other through the reflector of ultrasonic vibrations.

На рис. представлена схема заявляемого расходомера, где излучатель 1 и приемник 2 акустических ультразвуковых колебаний в виде пьезоэлектрических преобразователей, установленные на поверхности трубы, взаимодействующие друг. Преобразователи введены в измеряемый поток. К преобразователям присоединен электронный блок, состоящий из микропроцессора и аналоговой части. Аналоговая часть представляет собой логическую схему 3, вьщолненную с возможностью переключения соединенного с ней коммутатора 4, причем, первый и второй выход логической схемы подключены к первому и второму входам коммутатора. Каждый из выходов коммутатора подключен к входу одного из формирователей возбуждающих импульсов 5, 6. Выход каждого из этих формирователей подключен через точки 21, 22 соединения каждого из выходов формирователей импульсов и пьезоэлектрических преобразователей 1, 2 к одному из входов аналогового ключа 9. Коммутатор вьщолнен с возможностью поочередного включения формирователей возбуждающих импульсов 5, 6. Выход аналогового ключа соединен с усилителем сигнала 10, подключенным к детектору 11, вынолненному с возможностью автоматического регулирования с помощью схемы формирования напряжения 12, включенной между усилителем сигнала и детектором, коэффициента усиления усилителя сигнала. Выход усилителя сигнала 10 нодключен к детектору рабочих импульсов 14 через общую точку 13 соединения усилителя сигнала и детектора 11. Выход детектора рабочего импульса 14, соединен с входом формирователя рабочего импульса 15. Детектор рабочих импульсов 14 вьшолнен с возможностью формирования импульса сигнала, соответствующего времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку или против потока, который останавливает формирователь 15 носле поступления на него сигнала. Выход формирователя рабочих импульсов соединен с входом микропроцессора 18 и через точку 17 соединения с первым входом расщирителя временных интервалов 16, выход тактового генератора 7 соединен с третьим входом расширителя временных интервалов, вьщолненного с возможностью выделения из импульса сигнала импульса, и формирования не попадающего в такт частоте тактового генератора 7. Выход расщирителя временных интервалов 16 соединен с третьим входом микропроцессора 18. Формирователь рабочих импульсов 15 выполнен с возможностью подачи сигнала, соответствующего времени прохождения ультразвукового сигнала против потока или против потока на микропроцессор. Распшритель временных интервалов 16 вьщолнен с возможностью формирования сигнала, соответствующего времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку или против потока для более точного его измерения. В микропроцессоре 18 происходит измерение длительности сигналов для определения по разности времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку и против потокаIn fig. presents a diagram of the inventive flowmeter, where the emitter 1 and receiver 2 of acoustic ultrasonic vibrations in the form of piezoelectric transducers mounted on the surface of the pipe, interacting with each other. Transducers are introduced into the measured flow. An electronic unit consisting of a microprocessor and an analogue part is connected to the converters. The analog part is a logic circuit 3, implemented with the ability to switch the switch 4 connected to it, moreover, the first and second output of the logic circuit are connected to the first and second inputs of the switch. Each of the outputs of the switch is connected to the input of one of the drivers of exciting pulses 5, 6. The output of each of these drivers is connected through points 21, 22 of the connection of each of the outputs of the drivers of pulses and piezoelectric transducers 1, 2 to one of the inputs of the analog switch 9. The switch is connected to the ability to alternately turn on the shapers of the exciting pulses 5, 6. The output of the analog switch is connected to a signal amplifier 10 connected to a detector 11 configured to automatically adjust Bani using voltage generation circuit 12, connected between the signal amplifier and detector, the gain of the signal amplifier. The output of the signal amplifier 10 is connected to the detector of the working pulses 14 through a common point 13 of the connection of the signal amplifier and the detector 11. The output of the detector of the working pulse 14 is connected to the input of the shaper of the working pulse 15. The detector of the working pulses 14 is configured to generate a signal pulse corresponding to the ultrasonic transit time the signal upstream or upstream, which stops the shaper 15 after the signal arrives at it. The output of the working pulse former is connected to the input of the microprocessor 18 and through the connection point 17 with the first input of the time slot extender 16, the output of the clock generator 7 is connected to the third input of the time slot extender, which is capable of extracting a pulse signal from the pulse and generating a frequency that does not fall into the clock clock generator 7. The output of the time slot extender 16 is connected to the third input of the microprocessor 18. The pulse shaper 15 is configured to supply a signal, the corresponding transit time of the ultrasonic signal against the flow or against the flow to the microprocessor. The time slot extender 16 is configured to generate a signal corresponding to the transit time of the ultrasonic signal upstream or downstream for more accurate measurement. The microprocessor 18 measures the duration of the signals to determine the difference in the transit time of the ultrasonic signal upstream and downstream

..

расхода измеряемой среды. Кроме того, второй вход формирователя импульсов 15 и второй вход расширителя времеииых интервалов 16 подключены через общую точку 19 подключения третьего выхода логической схемы 3 и третьего входа аналогового ключа 9.flow rate of the measured medium. In addition, the second input of the pulse shaper 15 and the second input of the expander time intervals 16 are connected through a common point 19 connecting the third output of the logic circuit 3 and the third input of the analog key 9.

Излучатель и приемник в виде пьезоэлектрических преобразователей акустических колебаний, могут быть установлены на трубе с возможностью взаимодействия друг с другом через отражатель 8 ультразвуковых колебаний.The emitter and receiver in the form of piezoelectric transducers of acoustic vibrations can be mounted on the pipe with the possibility of interaction with each other through the reflector 8 of ultrasonic vibrations.

Микропроцессор 18 формирует управляющие сигналы и переключает с помощью логической схемы 3 и коммутатора 4 направление излучения ультразвукового импульса: по потоку или против него. Формирователи импульсов 5, 6 в зависимости от направления излучения возбуждают пьезоэлектрические преобразователи 1, 2 и одновременно запускают формирователь рабочего импульса 15. В этом случае один из пьезоэлектрических преобразователей излучает ультразвуковой импульс, который проходит через измеряемую среду по потоку и принимается другим пьезоэлектрическим преобразователем, преобразуясь в электрический сигнал, который подается через аналоговый ключ 9 на вход усилителя сигнала 10 с автоматически регулируемым коэффициентом усиления посредством детектора 11 и схемы формирования напряжения 12. Усиленный сигнал подается на вход детектора рабочего импульса 14, который формирует импульс сигнала, соответствующий времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку, в формирователе рабочего импульса 15, этот сигнал подается на микропроцессор 18. По спаду сигнала, запускается расширитель временных интервалов 16, который растягивает разницу фаз тактового генератора 7 и сигнала, поступившего с формирователя рабочего импульса 15. Расширитель временных интервалов 16 формирует сигнал, соответствующий времени прохождения ультразвукового сигнала против потока для более точного его измерения, который также подается на микропроцессор 18. После чего путем вычислений с помощью микропроцессора 18 рассчитьшают расход измеряемой среды.The microprocessor 18 generates control signals and switches using the logic circuit 3 and switch 4 the direction of radiation of the ultrasonic pulse: upstream or against it. The pulse shapers 5, 6, depending on the direction of radiation, excite the piezoelectric transducers 1, 2 and simultaneously trigger the working pulse shaper 15. In this case, one of the piezoelectric transducers emits an ultrasonic pulse that passes through the measured medium through the stream and is received by the other piezoelectric transducer, being converted into an electrical signal that is fed through an analog switch 9 to the input of a signal amplifier 10 with an automatically adjustable gain p by means of the detector 11 and the voltage generating circuit 12. The amplified signal is supplied to the input of the working pulse detector 14, which generates a signal pulse corresponding to the transit time of the ultrasonic signal through the flow, in the working pulse shaper 15, this signal is supplied to the microprocessor 18. By the decay of the signal, it starts a time interval extender 16, which stretches the phase difference between the clock generator 7 and the signal received from the working pulse shaper 15. The time interval extender 16 generates a signal al, corresponding to the transit time of the ultrasonic signal against the flow for more accurate measurement, which is also supplied to the microprocessor 18. Then, by calculation using the microprocessor 18, the flow rate of the measured medium is calculated.

Полезная моде;п обеспечивает повьппение надежности в работе и точности измерения расхода жидких сред.Useful fashion; n provides increased reliability and accuracy of measurement of liquid flow rate.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы изобретения:Sources of information taken into account when drawing up the description and claims:

1.Кремлевский П.П. Акустические длинноволновые расходомеры (низкой частоты) // Расходомеры и счетчики количества. Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1989,474 с.1.Kremlevsky P.P. Acoustic long-wave flow meters (low frequency) // Flow meters and quantity counters. Leningrad: Engineering, Leningrad Branch, 1989.474 p.

2.Заявка на изобретение №97121187/28 «Способ измерения расхода текущих жидкостей и устройство для его осуществления G 01 F 1/66.2. Application for invention No. 97121187/28 “Method for measuring the flow of current liquids and a device for its implementation G 01 F 1/66.

у . at.

Claims

A flowmeter containing an emitter and a receiver of acoustic vibrations mounted on a pipe with the possibility of interaction with each other, in the form of two piezoelectric transducers inserted into the measured flow, to which an electronic unit is connected, consisting of a microprocessor and an analog part, which is a logical circuit connected to shaper of exciting pulses in piezoelectric transducers, and the microprocessor is configured to generate control signals and measure the duration signals corresponding to the transit time of the ultrasonic signal in the flow and against the flow, and determining the difference in the duration of the passage of the ultrasonic signal in the flow and against the flow, the flow rate of the measured medium, characterized in that the analog part contains an additional driver of exciting pulses, the logic circuit is configured to switch connected with it a switch, to the first and second inputs of which its first and second outputs are connected, while each output of the switch is connected to one of the drivers of the exciting pulses, the output of each of which is connected through the connection point of each of the outputs of the pulse shapers and piezoelectric transducers to one of the inputs of the analog switch, the switch being configured to alternately turn on the drivers of the exciting pulses, the output of the analog switch is connected through a signal amplifier connected to a detector configured to automatically adjust using a voltage generating circuit included between the signal amplifier and the detector, the gain of the signal amplifier, and through the working pulse detector, which is connected to the signal amplifier through a common connection point of the signal amplifier with the gain detector, with the input of the working pulse shaper, and the working pulse detector is configured to generate a working pulse in the shaper signal corresponding to the transit time of the ultrasonic signal in the flow or against the flow, which stops the shaper of the working pulse after the post If this signal is pulled onto it, the first output of the working pulse generator is connected to the first input of the time interval extender through a common point of its connection with the second input of the microprocessor, the third input of the time interval extender configured to extract a signal from the pulse that does not fall into the clock frequency of the clock and forming a stretched signal, connected to the output of the clock generator through a common point of connection with the first input of the microprocessor, while the output of the expander time of these intervals is connected to the third input of the microprocessor with the possibility of supplying signals corresponding to the time of passage of the ultrasonic signal upstream or downstream, and the second input of the pulse shaper is connected to the third output of the logic circuit through a common connection point of the third output of the logic circuit to the first input of the time expander intervals and a common point of connection of the second output of the logical key to the first input of the expander time intervals.