SU526827A1 - Ультразвуковой измеритель скорости потока - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  х области измерительной техники и может быть иснользовано в различных отрасл х иародного хоз йства дл  измерени  скорости потока и расхода жидкостей и газов.

Известиы ультразвуковые измерители скорости потока и расхода, построенные по принципу синхрокольца 1. Недостатком таких измерителей  вл етс  потер  результата измерений в случае срыва автоциркул ции импульсов , вызванного какой-либо впешей помехой .

Этот недостаток устранен в 2, где ультразвуковой импульс, прошедший контролируемую среду, использован не дл  повторного запуска излучател , а дл  прерывани  излучени  на интервал времени, равный длительности этого импульса. В этом случае возбуждение излучател  продолжаетс  до момента приема излученного сигнала и прекращаетс  в момент приема. Автоциркул ци  импульсов в синхрокольце устанавливаетс  автоматически , но чувствительность измерительной системы у.меньшаетс  в два раза и, кроме погрешности , обусловленной искажением переднего фронта акустического импульса, по вл етс  погрешность, обусловленна  искажением заднего фронта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  ультразвуковой измеритель скорости потока 3, включающий два измерительных канала, построенных по схеме синхрокольца, состо щих из излучател  ультразвука, соединенного с формирователем импульсов возбуждени  излучател , и приемника ультразвука, последовательно соединенного с усилителем и формирователем импульсов автоциркул ции, измерительный и регистрирующий блоки.

Недостатком известного устройства  вл етс  возможность срыва автоциркул ции имиульсов в случае возникновени  внешних помех .

Целью изобретени   вл етс  повышение помехоустойчивости измерител .

Поставленна  цель достигаетс  за счет того , что в каждое синхрокольцо введены генератор импульсов запрета, схема запрета, два генератора задержки, два формировател  коротких импульсов и схема ИЛИ, причем выход формировател  импульсов автоциркул ции соединен со входами генератора импульсов запрета и первого генератора задержки, выход генератора импульсов запрета соединен со входами схемы запрета и формировател  импульсов возбуждени  излучател , выход первого генератора задержки через первый формирователь коротких импульсов соединен со входа.ми схемы ИЛИ и второго генератора задержк), выход второго генератора задержки соединен через второй формирователь коjjOTKHx импульсов со входами первого генератора задерж:си и схемы ИЛИ, а выход схемы ИЛИ через схему запрета соединен со входом формировател  импульсов возбуждени  излучател . На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерител  с одним синхрокольцом . В него вход т приемник ультразвука 1, усилитель 2, формирователь импульсов автоциркул ции 3, генератор импульсов запрета 4, схема запрета 5, формирователь импульсов возбуждени  излучател  6. излучатель ультразв -ка 7, первый генератор задержки 8, первый формирователь коротких импульсов 9, второй генератор задержки 10, второй формирователь коротких импульсов 11, схема ИЛИ 12, измерительный блок 13, регистрирующий блок 14. Выход приемника ультразвука 1 соединен через усилитель 2 со входом формировател  импульсов автоциркул ции 3. Выход формировател  имиульсов автоциркул ции 3 соединен со входами генератора импульсов запрета 4 и первого генератора задержки 8, выход генератора импульсов запрета 4 соединен со входами схемы запрета 5 и формировател  импульсов возбуждени  излучател  7, выход первого генератора задержки 8 через первый формирователь коротких имиульсов 9 соединен со входами схемы ИЛИ 12 и второго генератора задержки 10, выход второго генератора задержки 10 соединен через второй формирователь коротких импульсов 11 со входами первого геиератора задержки 8 и схемы ИЛИ 12, выход схемы ИЛИ 12 через схему запрета 5соединен со входами формировател  импульсов возбуждени  излучател  7 и измерительного блока (счетчика импульсов) 13, к выходу счетчика импульсов 13 подключен регистрирующий блок 14. Выход формироватс,1  6 вл етс  выходом синхрокольца. Устройство работает следующим образом. При иаличии автоциркул ции импульсов в синхрокольце акустический сигнал, прошедший через коцтролируемую среду, преобразуетс  приемником хльтразвука 1 в электрический сигнал, этот сигнал проходит усилитель 2 и формирователь импульсов автоциркул ции 3 и поступает на запуск геиератора {мпульсов запрета 4. Выходной имлульс генератора импульсов запрета поступает па формирователь импульсов возбуждени  излучател  6, в котором формируетс  импульс по переднему фронту импульса запрета, совпадающему во времени с передним фронтом акустического нмпульеа . Импульс запрета, таким образом, закрывает электрический тракт сиихрокольца на интервал времени, равный его длительности, что повышает помехоустойчивость уетройства. Выходной импульс формировател  импульсов возбуждени  излучател  6 возбуждает излучатель ультразвука 7. Акустический импульс излучаетс  в сторону приемника ультразвука 1 и далее процесс повтор етс . Импульс с выхода формировател  импульсов автоциркул ции 3 заиускает также первый геператор задержки 8. Первый формирователь коротких импульсов 9 формирует импульс, соответетвующий заднему фронту импульса задержки первого генератора задержки 8. Этот запускает второй геператор задержки 10. Второй формирователь коротких Импульеов 11 формирует короткий импульс по заднему фронту имнульса задержки, поступающему е выхода второго генератора задержки 10. Короткий импульс поступает на повторный запуск первого генератора задержки 8. Одновременно выходные импульсы первого второго формирователей коротких импульсов 9 и 11 поступают через схему ИЛР 12 на вход схемы запрета 5. При условии, что оба импульса задержки, формируемые первым и вторым генераторами задержки 8 и 10, по длительности превосход т максимальное значение периода следовани  импульсов автоциркул ции, на втором входе схемы занрета 5 в этот момент дейетвует импульс запрета, и иа выходе схемы запрета еигнал отсутствует, а импульсы с выхода формировател  автоцмркул ции 3 запускают первый геператор задержки 8 раньше , чем выходные имнульсы второго формировател  коротких импульсов 1. Последние не оказывают вли ни  на первый генератор задержки 8, так как поступают на его вход до окончани  импульса задержки. Последовательиость импульсов на выходе схемы ИЛИ 12 имеет ту же частоту следовани , что и поеледовательноеть импульсов автоциркул ции, но сдвинута во времени на интервал, равный разноети длительности импульса задержкг периода автоциркул ции. 13 случае срыва автоциркул ции очередной импульс па выходах формировател  пмпхльсов автоциркул ции 3 и генератора импульсов запрета 4 отсутствует и первый генератор задержк .и 8 запускаетс  вторым формирователем коротких импхмьсов 11. РЬлпульеы с выхода схемы ИЛИ 12, следующие со средним г ериодом, удвоенна  величина которого равпа длительностей имп льсов задержки, формируемых первым и вторым генераторами задержки 8 и 10, через схему запрета 5 поступает на формирователь импульсов возбуждепи  излучател  6 до тех пор, пока автоциркул ци  не восстановитс . Выход формировател  импульсов возб}ждени  излучател  б, на котором присутствуют или импульсы автоциркул ции , или вспомогательные импульсы, поступающие со схемы запрета 5,  вл ютс  выходом синхрокольца. Так как при наличии срывов автоциркул ции часть импульсов автоциркул ции замен етс  вспомогательными импульеами, то выход :а  частота еинхрокольца / при этом измен етс . Она может быть представлена формулой: - г J

Где Т - период следовани  импульсов автоциркул ции;

Го - врем  измерени  скорости потока;

п - количество вспомогательных импульсов , по вившихс  на выходе схемы запрета за врем  Го/

Гц - период следовани  вспомогательных импульсов.

Если Гв известно, то, измерив число п, можно определить общее врем , затраченное на восстановление автоциркул ции, равное п-1 и составл ющее часть интервала времени То, и вычислить поправки, необходимые дл  получени  точного результата измерени  скорости потока. Дл  этого вспомогательные импульсы с выхода схемы запрета 5 могут быть поданы на счетчик импульсов 13. В регистрирующем блоке 14 записываетс  количество вспомогательных импульсов за врем  каждого измерени  скорости потока.

В случае двухканального устройства, включающего два синхрокольца, в одном из которых ультразвук распростран етс  в направлении , совпадающем с направлением измер емой компоненты скорости потока,во втором- в противоположном направлении, разность частот синхроколец может быть представлена формулой:

I /

«0 + («2

п.)

где /ь /2-выходные частоты соответственно

первого и второго канала; Т,Т-2 - периоды следовани  импульсов автоциркул ции в первом и втором канале;

Го-врем  измерени  скорости потока;

«2 - количества вспомогательных импульсов в первом и втором канале соответственно; ГЕ - период следовани  вспомогательных импульсов, прин тый одинаковым в двух каналах.

Второе слагаемое последней формулы представл ет собой погрещность измерени , возникщую вследствие того, что в течение части времени Го имели место срывы автоциркул ции и замена импульсов автоциркул ции вспомогательными импульсами. Подставив в формулу конкретные числа, нетрудно убедитьс , что в двухканальной системе рещающее вли ние на погрешность измерени  оказывает абсолютна  величина разности пч-«i, причем допустимо, чтобы tti и «2 в обоих каналах составл ли значительную часть всех импульсов за врем  измерени .

Возможен вариант двухканального устройства , в которых измерительный блок 13 и регистрирующий блок 14, имеющиес  в обоих

каналах, выполнены в виде схемы определени  разности количеств вспомогательных импульсов и устройства индикации, показывающее , например, факт превышени  допустимого значени  «2-«i. то есть значени , ири котором погрещность измерени  скорости потока не превышает заданной величины. Следует отметить, что срывы автоциркул ции в каналах устройства обычно независимы и нос т

случайный характер, поэтому с.ема, определ юща  разность количеств вспомогательных импульсов, должна быть относительно сложным устройством, применение которого не всегда может быть оправдано.

Таким образом, предлагаема  схема устройства дл  измерени  скорости потока обеспечивает автоматическое и максимально быстрое восстановление работоспособности устройства при срывах автоциркул ции, вызванных неоднородност ми контролируемой среды, и одновременно производит точное измерение времени , затраченного на это восстановление в каждом канале. Это позвол ет получать достоверные результаты в услови х, в которых

измерение с помощью простого синхрокольца невозможно, а устройства, основанные на других yvibTpa3ByKOBbix методах, фазовом, не дают возможности обнаружить и оценить погрещность измерени , возникающую из-за

прерывающих ультразвуковой луч неоднородностей среды.

Claims (3)

1. Авт. св. ЛЬ 309244, G 01Р 5/05, 09.07.71.

2.AIBT. св. 134920, G 01Р 5/10, 21.11.69.

3.Патент США N° 2669121, 73-194, 16.02.54 (прототип).

-

L-) ,0

1.1.

k:..