SU556327A1 - Одноканальный ультразвуковой расходомер - Google Patents

Description

3

На фиг, 1 показана блок-схема одноканального ультразвукового расходомера; на фиг. 2, а-д и фиг. 3, а-ж приведены временные диаграммы, по сн ющие работу расходомера .

Одноканальный ультразвуковой расходомер содержит вибраторы 1 и 2, переключающий блок 3, фазовый детектор 4, выход которого через блок 5 управлени  частотой генератора подключен к входу ультразвукового генератора 6, и блок 7 измерени  разностной частоты, содержащий ключ 8 и реверсивный счетчик 9. Вибраторы 1 и 2 закреплены на трубопроводе 10, в котором измер етс  скорость потока движуи1ейс  среды 11. Кроме того, измеритель снабжен блоком 12 11реоб)азонани  и сиихронизаини частот), блоком модул цни-де.модул ции , в состав которого вход т модул тор 13 и демодул тор 14, фазовым дискриминатором 15 и иороговым устройством 16, которое содержит последовательно соединенные схему сравнени  17 с опорным наир жением, нульоргаи 18 и интегрирующее звено 19.

Входы фазового детектора 4 соединены через переключающий блок 3 с вибраторами 1 и 2, а выход модул тора 13 - с одним из вибраторов . В блоке измерени  разностной частоты первый вход ключа 8 подключен к выходу ультразвукового генератора 6, а второй вход - к выходу переключающего блока 3, выход ключа 8 соединен с измерительным входом реверсивиого счетчика 9, уиравл ющий вход которого св зан с выходом иереключающего блока 3. Один выход ультразвукового генератора 6 соединен с входом блока 12 иреобразовани  и синхронизации частоты, одни из входов модул тора 13 соединен с вторым выходом ультразвукового генератора 6, а другой - с выходом блока 12 и с одним входом фазового дискриминатора 15, второй вход которого через демодул тор 14 и переключающий блок 3 подключеи к вибратору 1 или 2, настроенному на прием ультразвуковых колебаний .

Выход фазового дискриминатора 15 соединен в пороговом устройстве 16 с одним входом схемы сравнени  17, на другой вход которой иодано онорное напр жение. В пороговом устройстве 16 выход схемы сравнени  17 через нуль-орган 18 соединен с интегрирующим звеном 19. Выход нуль-органа соединен с запирающим входом фазового детектора 4, а выход интегрирующего звена 19 - с суммирующим входом блока управлени  5.

Одноканальный ультразвуковой расходомер работает следующим образом.

Переключающий блок 3 соедин ет ультразвуковой генератор 6 с вибратором 1, а фазовый детектор 4 - с вибраторами 1 и 2. В среде 11 проход т ультразвуковые колебани , направление распространени  которых совпадает с вектором скорости потока. При прохождении ультразвуковых колебаиий от излучающего вибратора 1 до приемиого вибратора

4

2 они запаздывают, поэтому на входы фазового детектора 4 приход т сдвинутые по фазе напр жени  ультразвуковой частоты. На выходе фазового детектора 4 по вл етс  нанр 5 жение, зaвиc п ee от величины разности фаз входных сигналов. В блоке управлеии  5 это напр жение сравниваетс  с заданной величиной , усиливаетс  и нреобразуетс  в управл ющее напр жение, которое измен ет частоту

0 ультразвукового генератора 6. При иосто ином времени заназдываии  с изменением частоты измен етс  сдвиг фаз наир жений иа входе фазового детектора 4 и напр жение на его выходе. Этот процесс изменени  частоты

5 ироисходнт до тех пор, нока выходное напр жение фазового детектора 4 не станет равным заданной величине.

В следующий такт работы нереключающего устройства 3 ультразвуковой генератор 6 соедин етс  с вибратором 2, поэтому нанравление распространени  ультразвуковых колебаний противоположно вектору скорости потока. При этом запаздывание сигнала имеет меньщую величину, поэтому частота ультразвукового генератора 6 уменьщаетс  до тех пор, пока разность фаз на входе фазового детектора 4 не станет равной заданной величине.

Пусть скорость потока равна нулю (фиг. 2, а) в интервале времени от О до о- Тогда запаздыванне в среде 11 при прохождении ультразвуковых колебаний рассто ни  от излучающего до приемного вибраторов 1 и 2 одинаково в обоих нанравлени х, и на выходе фазового детектора нанр женне равно ну5 лю (фиг. 2, 0). Частота ультразвукового генератора остаетс  посто нной (фиг. 2, г), и показани  блока 7 (фиг. 2, д) в иитервале времени до 0 равны 0. Начина  с момента времени /о, скорость поQ тока отлична от нул  (фиг. 2, а). Выходное нанр жение переключающего блока 3 измен етс  (фиг. 2, б), причем в интервале времени + излучает вибратор 2, а в интервале времени Tj-J-Tj - вибратор 1. Интервалы Tj и 2 отвод тс  на переходные процессы, а интервалы 7j и Т - на измерение в блоке 7 измерени  разностной частоты. При излучении вибратором 2 запаздываиие сигнала в среде

0 увеличиваетс , а ири излучении вибратором 1 умеиьщаетс . В результате на выходе фазового детектора 4 по вл етс  снгиал (фиг. 2, б), под действием которого измен етс  частота ультразвукового генератора 6 (фиг. 2, г). Кажда  из частот, получаема  на выходе генератора 6 измер етс  в блоке 7 измерени  разностной частоты и затем иаходитс  их разность . Показани  на индикаторе блока 7 пропорциональны скорости потока и не завис т от скорости ультразвука.

Измерение разности частот производ тс  в блоке измерени  7 в одном цикле измерени  измг следующим образом. В иитервале Т

переключаюидее устройство 3 вырабатывает

управл ющее напр жение (фиг. 2, б), отпирающее ключ 8 и неревод щее реверсивный счетчик 9 в вычитани . При этом реверсивиый счетчик 9 .в блоке 7 запомггиает значение частоты /2 с отрицательным знаком (фиг. 2, 5). В последующий интервал времени Tj переключающее устройство 3 запирает ключ 8 на врем  переходных процессов в измерителе. По окоичанни переходных процессов переключающее устройство 3 отпирает ключ 8 и переводит реверсивный счетчик 9 в сложени  на врем  (фиг. 2, б). На этом интервале

времени через ключ 8 проходит частота /i со знаком «- на реверсивный счетчик 9 (фиг. 2, д). В реверсивном счетчике происходит вычитание частот, поэтому его показани  пропорциональны измер емой скорости потока .

Диапазон измерени  скорости потока ограничен , так как изменение фазы прин того сигнала ограничено величиной ±Jt. Дл  расщиренп  диапазона работы измерител  производитс  переход на частоту модул ции (фиг. 3,6), котора  в несколько раз меньще, чем частота ультразвукового генератора 6 (фиг. 3, а и кратна ей.

Модулированный сигнал (фиг. 3, в) одного пз вибраторов 1 или 2 приходит на другой, проходит через переключающее устройство 3 на фазовый детектор 4 и на демодул тор 14. Фазовый детектор 4 вырабатывает сигнал управлени  нз ультразвуковых колебаний основной частоты. Демодул тор 14 выдел ет сигнал огибающей частоты, сдвинутой по фазе относительно излученного сигнала на величину, пропорциональную запаздыванию в среде И (выходной сигнал демодул тора 14 показан на фиг. 3, г).

Фазовый дискриминатор 15 измер ет фазу выходного сигнала демодул тора 14 относительно выходного сигнала блока 12 преобразова )пш и синхронизации частоты (фиг. 3,6). Выходной сигнал фазового дискриминатора 15 (ф.|г. 3, д) подаетс  в пороговое устройство 16, содержащее схему сравнени  17 с опорным напр жением, нуль-орган 18 и интегрируюнхее звено 19. При превышении модул  сигнала фазового дискриминатора 15 порогового уровн , задаваемого опорным напр жением , срабатывает нуль-орган 18 (фиг. 3, е) до момента времени /i (нороговый уровень f/nop показан на фиг. 3, д пунктирной линией).

Срабатывание нуль-органа 18 вызывает запирание фазового детектора 4, поэтому его выходной сигнал не проходит на блок управлени  5. Выходной сигнал поступает на интегрируюп1 ,ее звено 19 и его выходной сигнал начинает линейно нарастать до момента fi (фиг. 3, ж). Выходной сигнал интегрирующего звена 19 подаетс  через блок управлени  5 ча ультразвуковой генератор б дл  изменени  его частоты / н, следовательно, частоты F блока 12 преобразовани  и синхронизации частоты . Измененне частоты происходит до тех пор, пока фазы напр жений частоты F на двух вибраторах 1 и 2 не нрндут в заданное соответствие между собой. Папример, на фиг. 3 измеиенне частоты ироисходнт до тех пор, пока сдвнг по фазе между напр лсением на фнг. 3, б и 3, г не станет примерно равным нулю после некоторого момента времени t. При нуль орган 18 обеспечивает нулевой сигнал на

входе интегрнрующего звена 19 и отнирает фазовый детектор 4. Далее работа расходомера происходит аналогично описанному ранее, но в блоке унравлени  сигнал фазового детектора 4 складываетс  с сигналом, зафнксированным на выходе интегрирующего звена 19.

Таким образом, диапазон измерени  скорости потока зависит уже не от допустимого изменени  фазы частоты ультразвукового генератора 6, а от допустимого изменени  фазы

модулирующего сигнала. При этом обеспечиваетс  независимость измеренн  скоростн потока от изменени  скорости ультразвука в измер емой среде.

25

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   Одноканальный зльтразвуковой расходомер, содержащнй акустический преобразователь с двум  вибраторами, к которым через нереключающий блок подключены ультразвуковой генератор и фазовый детектор, отличающнйс   тем, что, с целью повьинени  точности с сохранением щирокого диа1пазона измерени  расхода, между выходом фазового детектора

   и управл ющим входом ультразвукового генератора включен блок управлени  частотой генератора , выход ультразвукового генератора соединен с входом блока преобразовани  н синхронизации, выход которого подключен к

   модулирующему входу модул тора, который включен между ультразвуковым генератором н переключающим блоком, и к одному нз входов фазового дискриминатора, второй вход которого св зан с нереключающим блоком через

   демодул тор, а выход которого соединен с входом порогового зстройства, выходы порогового устройства подключены к занирающему выходу фазового детектора и к другому входу блока управлени  частотой генератора, выход

   ультразвукового генератора соединен с блоком измерени  разностной частоты.
2. 2.Расходомер по п. 1, о т л н ч а ю ni и и с   тем, что пороговое устройство выполнено в виде последовательно соединенных схем сравнени  с опорным нанр женнем, нуль-органа и интегрирующего звена.
3. 3.Расходомер по п. 1, отличающийс  тем, что блок измеренн  разностной частоты выполнен в виде реверсивного счетчика и ключа , первый вход которого соединен с выходом ультразвукового генератора, второй вход которого соединен с переключающим блоком, а управл ющий вход реверсивного счетчика динен с переключающим блоком.

   )

   )

   {Y

   г)

   ,Л

   V

   TjJSMj

   fz

   г

   -/

   U3f1

   Фйг