SU1137306A1 - Ультразвуковой фазовый цифровой расходомер - Google Patents

Abstract

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ЦИФРОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразовател , закрепленных на измерительном участке трубопровода и соединенных через блок коммутации с усилителем прин тых сигналов, управл емый низкочастотный генератор, вход которого подключен к выходу блока управлени , фaзoвьd компаратор и блок ввделени  разностной частоты, состо щий -из последовательно соединенных электронного ключа и реверсивного счетчика и подключенный к выходу блока коммутации, о т л,и ч а ю щ и йс   тем, что, с целью повьшени  точности измерений, он снабжен усилителем мощности, двум  высокочастотными кварцевыми генераторами и трем  смесител ми , причем входы первого смесител  подключены к выходам управл емого низкочастотного генератора и первого высокочастотного кварцевого генератора, выход первого смесител  подключен к блоку коммутации через усилитель мощности, первые входы второго , и третьего смесителей подключены к выходу второго высокочастотного кварцевого генератора, их вторые входы подключены соответственно к выходам усилителей, и первого смесител , а выходы - к входам фазового компаратора , при этом выходы третьего смесител  и фазового компаратора подключены к первому и второму входам блока управлени . 2.Расходомер по п. 1, отличающийс  тем, что управл емый низкочастотный генератор выполнен в виде низкочастотного кварцевого генератора, соединенного через блок делителей с многоканальным коммутатором , причем выход многоканальКЛ ного коммутатора  вл етс  выходом управл емого низкочастотного генератора . ., 3.Расходомер по п. 1, о т л йчающийс  тем, что блок управ лени  содержит последовательно соеди . иенные формирователь, схему сравнени , первый электронный ключ,второй электронный ключ и реверсивный счетчик, а 00 также высокочастотный кварцевый, генео ратор , выход которого подключен к О) второму входу первого электронного ключа,инвертор,вход которого подключен к выходу схемы сравнени , а выход через третий электронный ключ подклют чён к второму входу реверсивного счет- . чика, при этом выход схемы сравнени  дополнительно подключен к второму входу второго электронного ключа, входы формировател  и схемы сравнени   вл ютс  первым и вторым входами блока управлени , а выход реверсивного счетчика - его выходом.

Description

Изобретение относитс  к ультразву ковой технике и может быть использо-вано дл  измерени  расхода жидкости и газов в трубопроводах различного диаметра в нефтеперерабатывающей, химической и других отрасл х промышленности . Известен ультразвуковой расходоме содержащий два преобразовател , переключающий блок, фазовый детектор, генератор, индикатор, блок проверки динамического диапазона, выполненный в виде последовательно сьединенных задатчика режима, низкочастотного генератора и делител , блок синхрони зации, модул тор, демодул тор, фазовый дискриминатор и пороговое устройство l . Недостатком известного устройства  вл етс  недостаточна  точность измерени . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразовател , закрепленных на измерительно участке трубопровода и соединенных через коммутатор с усилителем, фазовый дискриминатор , блок управлени , управл емый генератор, преобразователь и дискриминатор с входом порого вого устройства, выполненного в 1виде последовательно соединенных схемы сравнени , нуль-органа, интегратора, выход которого подключен к блоку управлени , вькод управл емого генератора подключен к блоку измерени  раз ностной частоты, вьшолненного в виде электронного ключа, соединенного с р версивным счетчиком, и через модул тор к коммутатору, один из выходов которого через демодул тор подключен к дискриминатору, при этом выход нул органа подключен к третьему входу фа зового дискриминатора iz . Недостатком данного устройства  в л етс  низка  точность измерени , ко тора  обусловлена самопроизвольным изменением частоты зшравл емого гене ратора. Особенно это сказываетс  при измерении малых расходов, когда разность частот мала и даже небольша  паразитна  девиаци  частоты приводит к значительным погрешност м. Цель изобретени  - повышение точности измерени  расхода. Поставленна  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой фазовый цифровой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобразовател , закрепленных на измерительном участке трубопровода и соединенных через блок коммутации с усилителем прин тых сигналов, управл емый низкочастотный генератор, вход которого подключен к выходу блока управлени , фазовый компаратор и блок вьщелени  разностной частоты, состо щий из последовательно соединенных электронного ключа и реверсивного счетчика и подключенный к выходу блока коммутации , снабжен ус.шштелем мощности, двум  высокочастотными кварцевыми генераторами и трем  смесител ми, причем входы первого смесител  подключены к выходам управл емого низкочастотного генератора и первого высокочастотного .кварцевого генератора, выход первого смесител  подключен к блоку коммутации через усилитель мощности, первые входы второго и третьего смесителей подключены к выходу второго высокочастотного кварцевого генератора, их вторые входы подключены соответственно к выходам фазового компаратора, при этом выходы третьего смесител  и фазового компаратора подключены к первому и второму входам блока управлени . Управл емьй низкочастотный генератор вьшолнен в виде низкочастотного кварцевого генератора, соединенного через блок делителей с многоканальным коммутатором, причем вькод много|канального коммутатора  вл етс  выходом управл емого низкочастотного генератора. Блок управлени  в расходомере содержит последовательно соединенные формирователь, схему сравнени , первьй электронный ключ, второй электронный ключ и реверсивный счетчик, а также высокочастотный кварцевый генератор, выход которого подключен к второму входу первого электронного ключа, инвертор, вход которого подключен к выходу схемы сравнени , а выход через третий электронный ключ подключен к второму входу реверсивного счетчика, при этом выход схемы сравнени  дополнительно подключен к второму входу второго электронного ключа, входы формировател  и схемы сравнени   вл ютс  первым и вторым входами блока управлени , а выход реверсивного счетчика - его выходом. В предлагаемом устройстве излучае ма  частота формируетс  как разнбсть частот высокочастотного кварцевого генератора и одной из р да дискретны частот, котора  выбираетс  управл емым коммутатором и  вл етс  стабильной , так как она получена делением на соответствующий коэффициент часто ты низкочастотного кварцевого генератора: с fH.U - i   . --- - в.ч k где f0, - частота излучени ; - частота высокочастотного кварцевого генератора; - частота низкочастотного кварцевого генератора; k- - коэффициент делени  выбран ного делител  частоты. Таким образом, при неизменнсш коде управлени  многоканальным коммута тором излучаема  частота  вл етс  стабильной в пределах стабильности кварцевых генераторов. Код управлени формируетс  в зависимости от отклоне ни , измеренной разности фаз частот излучател  и приемника от заданной величины, при этом код измен етс  всегда в сторону уменьшени  имекщего с  разбаланса разности фаз за счет изменени  частоты излучени . Таким образом, самой структурой построени  предлагаемого устройства исключаетс  паразитна  девиаци  излучаемой часто ты. На фиг.1 приведена блок-схема устг рЬйства; на фиг.2 - временные диаграммы , по сн ющие работу блока упра влени . Устройство содержит обратимые элект роакустические преобразователи 1 и 2 св занные через блок 3 коммутации с усилителем 4 прин тых колебаний и с усилителем 5 мощности, вход которого св зан с первым смесителем 6 частот, к которому подключен первый высокочастотный генератор 7. Выход усилител  прин тых колебаний св зан с вторым смесителем 8 частот, который также св зан с третьим смесителем 9 и вторым кварцевым генератором 10. Выходы двух смесителей частоты подключены к фазовому компаратору 11, который соединен с блоком 12 выборки частоты. Блок управлени  состоит из формировател  13, выход которого подключен к схеме 14 сравнени , котора  соединена с электронным ключом 15, к другому входу которого подключен высокочастотный кварцевый генератор 16. К схеме сравнени  подключен также инвертор 17, которьй соединен с электронными ключами 18 и 19, выходы которых св заны с входами реверсивного счетчика 20. Управл емый низкочастотный генератор 21 состоит из кварцевого низкочастотного генератора 22 и р да делителей 23 частоты с различными коэффициентами делени , которые св заны между собой, а также с кварцевым генератором и многоканальным коммутатором 24. Блок 25 выделени  разности частот, соединенный с усилителем мощности, состоит из электронного ключа 26, св занного с реверсивным счетчиком 27, причем электронный ключ соединен с блоком 3 коммутации. Ультразвуковой фазовый цифровой расходомер работает следующим образом . Блок 3 коммутации поочередно подключает к преобразовател м 1 и 2 усилитель 5 мощности и усилитель 4 прин тых колебаний. Поступающа  на вход усилител  мощности частота представ- л ет собой разность „,, f... - -.-. 7Л ОЧ К Смесители частот 6, 8 и 9 вьтолнены на основе метода фазировани , поэтому нет необходимости в защите от зеркальной помехи, так как на выходе смесителей присутствует только одна бокова  частота. Прин тый и усиленный сигнал поступает на смеситель 8, а излучаема  частота - на смеситель 9. С помощью кварцевого генератора 10 на выходе смесителей 8 и 9 формируютс  сигналы разностной частоты. Это необходимо дл  того, чтобы получить возможно большую длительность импульсов Ui. на выходе фазового компаратора 11 (фиг.2), так как чем больше длительность самого импульса, соответствующего имеющейс  разности фаз, тем больше и длительность приращени , котора  возникает за счет изменени  скорости потока и переводитс  в цифровую форму, т.е. чем больше длительность приращеш. , тем точнее она может быть измерена цифровым методом, что особенно, важно при из lepeнии малых скоростей потоков. Разность фаз сигналов на выходах смесителей 8 и 9 равна разности фаз преобразующих сигналов . Формирователь 13 преобразует синусоидальньш .сигнал с выхода смесител  9, который  вл етс  опережающим по фазе, в импульсы пр моугольной формы и(фиг.2). Пр моугольные импульсы U,,j и U(( поступают на схему 1А еравнени , котора  формирует импульсы и(фиг.2), длительность кото U рых равна разйости длительностей и и и,,. Кроме того, на другом выходе схемы 14 сравнени  присутствует потенциал (фиг.2) логической 1 или О в зависимости, от того, дсаКОЙ из двух импульсов Ui3H UHI имеет большую длительность.. На выходе элек ронного ключа 15 присутствуют пачки высокочастотных импульсов Ш(фиг.2) которые формируют высокочастотный кварцевый г.енератор пр моугольных импульсов 16. Эти пачки импульсов (в зависимости от того, какой потенциал на выходе схемы 14 сравнени ) серез электронный ключ 18 или 19 поступают на суммирующий или вычитаюпщй реверсивного счетчика 20, выходной код которого управл ет работой многоканального коммутатора 24 и опреде л ет частоту излучени , котора  всегда измен етс  в сторону уменьшени  длител11.ности импульса И(а,, Таким образом , система всегда стремитс  поддержать разность фаз равной ЬЧ Излучаема  частота поступает в блок 25 выделени  разности частот, в котором под управлением блока коммутации в реверсивном счетчике 27 формируетс  код, пропорциональный разности частот, излучаемьк по потоку и против него. Разность частот, излучаемьрс по потоку и против потока (при условии поддержани  одинаковой разности фаз между передающим и приемным преобразовател ми, т.е. одинаковой длины волны акустических ко (лебаний в измер емой среде), пропорциональна скорости потока и не зависит от скорости ультразвука в среде. V - f.(f, - f,), 2 2 скорость потока; длина волны УЗ колебаний, котора  поддерживаетс  посто нной; частота УЗ колебаний, излучаемых по потоку; частота УЗ колебаний, излучаейых против потока. Предлагаемое устройство отличаетс  ысокой точностью измерени  расхода а счет исключени  паразитной девиаии частоты управл емого генератора, отора  приводила к плаванию показа-ИИ измер емого расхода.

Фиг,1 L3 Js xx /x X/ X /x л / X/

Claims (3)

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ЦИФРОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, закрепленных на измерительном участке трубопровода и соединенных через блок коммутации с усилителем принятых сигналов, управляемый низкочастотный генератор, вход которого подключен к выходу блока 'управления, фазовый компаратор и блок выделения разностной частоты, состоящий· из последовательно соединенных _t электронного ключа и реверсивного счетчика и подключенный к выходу бло. ка коммутации, отличающи йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен усилителем мощности, двумя высокочастотными кварцевыми генераторами и тремя смесителями, причем входы первого смесителя подключены к выходам управляемого низкочастотного генератора и первого высокочастотного кварцевого генератора, выход первого смесителя подключен к блоку коммутации через усилитель мощности, первые входы вто рого, и третьего смесителей подключены к выходу второго высокочастотного кварцевого генератора, их вторые вхо-. ды подключены соответственно к выходам усилителей, и первого смёсителя, а выходы - к входам фазового компаратора, при этом выходы третьего смесителя и фазового компаратора подключены к первому и второму входам блока управления.

2. Расходомер по п. 1, отли- чающийся тем, что управляемый низкочастотный генератор выполнен в виде низкочастотного кварцевого генератора, соединенного через блок делителей с многоканальным ком- § мутатором, причем выход многоканального коммутатора является выходом управляемого низкочастотного генератора . .»

3. Расходомер по п. ^отличающийся тем, что блок управления содержит последовательно соеди. ненные формирователь, схему сравнения, первый электронный ключ,второй электронный ключ и реверсивный счетчик, а также высокочастотный кварцевый гене ©

ратор, выход которого подключен к второму входу первого электронного ключа,инвертор,вход которого подключен к выходу схемы сравнения,а выход через третий электронный ключ подклют чей к второму входу реверсивного счетчика, при этом выход схемы сравнения дополнительно подключен к второму входу второго электронного ключа, входы формирователя и схемы сравнения являются первым и вторым входами бло ка управления, а выход реверсивного счетчика - его выходом.

1 1137306 2