SU566155A1 - Ультразвуковой измеритель давлени - Google Patents

Description

последовательно соединенными между синхронизирующим выходом генератора и регул тором амплитуды импульсов каскадом задержки, дополнительным селектором импульсов-по длительности, один ю входов которого подключен к выходу усилитед , преобразователем длительности импульса в пропорциональный параметр, и делителем, например аналоговым, а также каскадом опорного Напр жени , подключенным к входу делител . На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого ультразвукового измерител  давлени . Измеритель давлени  содержит генератор 1 импульсов , излучающий элем IT 2 н приемный элемент 3 акустического преобразовател , селектор 4 импульсов по времени, каскад 5 задержки, усил тель 6, селектор 7 импульсов по длительности, каскад 8 задержки регул тор 9 амплитуды импульсов, каскад 10 задержки, селектор 11 импульсов по длительности , преобразователь 12 длительвосга селектированного изъшульса в пропорциональный параметр , делитель 13, каскад 14 опорного параметра, преобразователь 15 длительности и амплитуды регулированного импульса в вропордиональ ый параметр , сумматор 16, прес ртзоватеш 17 темперттуры контролируемой среды в пропоргщоналышй параметр, регистрируюишй прибор 18. Устройство работает следуницим образом. Генератор 1 импульсе вырабатывает периодическую последовател.ность либо коротких импульсов , представл кнцих собой видеоимпульсы, либо радиоимпульсов, гфедставл ющих собой отрезки гармонических колебаний. С выхода, генератора электрические импульсы поступают на излучающий элемент 2 акустического преобразовател , где происходит преобразование их в ультразвуковые им ульсы , проход щие через материал излучающего элемента, стенки контролируемого трубопровода, резервуара или сосуда, контролируемую среду, материал приемного элемента 3. В приемном элементе акустического преобразовател  происходит обратное преобраэовшше ультразвуковых импульсов в электрические. Акустический преобразователь может быть выполнен бесконтактным или контактным по отношению к контролируемой среде и, кроме того, он может-быть вьшолнен  вухсторошгам с расположением приемного и излучаиицего элемента на противоположных стенках трубопровода, резервуара, или односторонним с расположением приемного в излучакпкего элементов на боковсй стенке трубопровода или резервуара по образующей. При использовании двухстороннего акустического преобразовател  ввод ультразвуковых колебаний может быть как нормальным, так и угловым; в адностороинем двухэлементном акустическом преобразователе ввод будет только угловым с проемом отраженных от протквоположмс сгешсв ультразвуковых импульсов . В обоих типах акустн ских преобразователей должно обеспечиватьс  прохождение ультразвуковых ихшульсов «йреэ ксэттролнруемую среду. Прин тые импульсы поступйют на вход селектора 4 импульсов по времени. С синхронизирующего выхода генератора снимают импульсы, начало которых совпадает с началом или концом видеоимпульсов или радиоимпульсов, подаваемых на и1лучающий элемент. Синхронизирующие импульсы поступают на каскад 5 задержки, где формируютс  селекторные импульсы, задержанные относительно моментов излучени  на врем , времени прохождени  ультразвуковых импульсов через контролируемую среду. В качестве элемента задержки , на который подаютс  синхронизирующие импульсы, можно использовать линию задержки, ждупай мультивибратор, ждущий блокинг-генератор , а в качестве формировател  задержанногц имнульса - последовательно соединенный с элементом задержки ждущий мультивибратор или ждущий блокшп -генератор. Длительность селекторного импульса беретс  большей длительности излучаемого импульса и достаточной дл  пропускани  прин тых импульсов селектор импульсов по времени в течение времеш его действи . Другим вариантом формировани  селекторных 1шпульсов в каскаде задержки 5 могут &Ь1Ть импульсы, продолжающиес  в Te4eiffle периода следовани  излучаемых импульсов, за исключением интервала времени, соответствующего приему прошедших через контролируемую среду илетульсов. В качестве селектора импульсов по времени может бьггь использован электронный ключ или усилитель, коэффициент усилени  которого мен етс  скачкообразно селекторными импульсами . Селектор импульсов во времеии прс ускает на вход усилител  6 импульсы, прошедщие через контролируемую среду от излучающего до приемного элементов акустического преобразовател , и не пропускает импульсы, по вл ющиес  в цепи П{эдемного элемента за счет наводок с депей генератора или за счет многократных отражений ультразвуковых импульсов от металлических стенок . Селектированные импульсы поступают на вход усилител  6, где они усиливаютс  и нормируютс  по длительности, например, с помоа1ью широкополосного и резонансного усилител  с усилителемограшрштелем или триггером Шмитта, или ждущим мультивибратором, или ждущим блокинг-генератором в выходном каскаде. Усиленный и сформированный сигнал поступает на вход селектсфа 7 импульсов по длительносга, на другой вход го подаетс  с каскада 8 задержки селекторный импульс задержанный относительно момента излучени . В качестве элемента задержки, на который подаютс  синхронизирукшие импульсы с синхронизирующего выхода генератора, можно использовать лшгаю задержки, ждущий мультивибратор, ждущий блокинг-генератор, а в качестве формировател  задержанного импульса-последовательно соединенный с элементом задержки ждуший мультивибратор шш ждущий блокинг-генератор. В селекторе формируетс  импульс, длительность которого опредеш .тс  разностью моментов по влени  передних

кли задних фронтов селекторного и усиленного импульсов или их различных комбинаций, например переднего фронта селекторного импульса и заднего фронта усиленного и так далее. При этом длительность сформированного } 1пульса должна равн тьс  пгжращению времени прохождений ультразвуковых импульсов через контролируемую среду при изменении ее температуры или давлени , относительно выбранного времени прохождени  ультразвуковых импульсов от излучающего до npieMHoro элементов при сшределенных услови х, например нулевых, когда давлеьше и температура равны нулю. Выбранное врем  устанавливаетс  с помощью каскада 8 задержки. В выходном каскаде селектора импульсов по длительности производитс  нормирование амплитуды селектированного импульса амплитудным ограничителем. Селектированный импульс поступает на регул тор 9 амплитуды импульсов, где его амплитуда мен етс  пропорционально управл ющему направлению. С синхронизирующего выхода генератора сннхро иэируюiwe импульсы поступают на каскад 10 задержки, где производитс  задержка и формирование задержанного импульса. В качестве элемента задержки, на который подаютс  синхронизирующие юлауюг сы, можно использовать линию задержки, ждущий мультивибратор или ждущий блокинг-генератор, а в качестве ф(фмировател  задержанного импульса - последовательно соединенный с элементом задержки ждущий мультиви атор или ждущий блокинг-генератор . Сформированные импульсы поступают на селектор 11 импульсов по шштельностй, где формируютс  импульсы, длительность равна времени прохождени  ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, дл  чего врем  задержки выбирают равным i време ш прохождени  ультразвуковых импульсов через излучающий и приемный элементы акустического преобразовател  и две стенки контролируемого трубопровода или сосуда. В выходном каскаде селектора импульсов по длительности производитс  формирование амплитуды селектированных импульсов амшштудым ограничителем. Сформированный импульс поступает на преобразователь 12 длительности селектирдванного импульса в пропорциональный параметр, например напр жение. При выборе в качестве параметра напр жени , в качестве преобразовател  длительности селектированного икшульса необходимо вз ть интегратор, при выборе частоты следовани  импульсов или частоты переменного напр жени  последовательное соединение интегратора с преобразователем аналога-частота, при выборе кода - последовательное соединение интегратора с преобразователем аналог - код, при выборе числа импульсов в течение длительности селектнровагаюго импульса - генератор импульсов, отпираемый сформированным импульсом. После интегрировани  селектированного импульса напр жение, пропорциональное длительности входного импульса, поступает на делитель 13. В качестве делител  при

выборе параметром напр жени  можно применить аналоговый делитель. Тогда в качестве каскада 14 опорного параметра, соединенного с другим входом де.штел , можно использовать источник посто нного опорного напр жени , номннал которого можно мен ть в процессе настр и1ки, так как его величина вли ет на чувствительность измерител  давлени . При выборе другнх параметров в качестве делител  нужно использовать хдафровой делитель, подава  на его вход соответствующий выбранному опорный параметр.

Таким опорным каскадом может быть генератор , в котором шсло импульсов, частота следова 5 ни  импу.пьсов или импульсный код остаютс  неизменными в процессе измерений. Напр жение, обратно пропорциональное времени прохождени  ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, с выхода де;штел  подаетс  на управл ющий вход

20 автоматического регул тора амплитуды, где амплитуда селектированных импульсов мен етс  пропорционально управл ющему напр жению. При использовании другого параметра на выходе делиге.п  должен бьгть установлен преобразователь выходного параметра в управл к цее напр жение. В качестве автоматического регул тора амплитуды можно использовать, напршмер, транзисторный или диодный огра1а1а1тель с регулировкой уровн  ограничени . Регулированные им11ульсы поступают на преобразователь 15 ддательносш и амплитуды регулированного импульса в пропорциональный параметр, например напр жение. При выборе в качестве параметра напр жени , в качестве преобразовател  длительности и амплитуды регулированного импульса

35 в пропорциональный параметр использован интегратор , при выборе частоты переменного напр жени  или щстоты следовани  импульсов - последовательное соединение интегратора и преобразовател  аналог-частсла, при вь1боре иктульсного кода

40 - последовательное соединение интегратора и преобразовател  аналог-код. Сформированный параметр , пропорциональный длительности и амплитуде регулирюванного импульса, поступает на вход сумматора 16. Другой вход сумматора соединен с преобразователем 17 температуры контролируемой среды в пропорциональный параметр, в качестве которого могут быть использованы термшгар  и соединенный с ней усилитель посто нного тока при выборе параметром напр жени , или термопара и

50 преобразователь аналог-частота при выборе частоты переменного напр жени , частоты следовани  импульсов , или термсшара и преобразователь аналогкод при выборе импульсного кода. В соответствиис выбраш1ым параметром дл  суммировани  может

55 быть выбран аналоговый или цифровой сумматоры. С выхода сумматора параметр, аропоринопатмыЛ давлению, поступает на регистрирующий прибор 18, в качестве которого может быть использован электроизмерительный прибор, цифрювой измерительный прибор или цифровой индикатор.

Изменени  тектературы контролируемой среды прн неизменном давлении вызывают изменени времени прохождени  ультразвуковых нмлульсов через среду. После усилени  и формировани  прин тых импульсов в селекторе 7 импульсов по длительности получают импульс, длительность которого равна приращению времени прохождени  ультразвуковьк импульсов через контролируемую среду, а в селекторе 11 импульсов по длитепьности получают импульс, длительность которого равна времени прохождени  ультразвуковых импульсов через контролируемую среду. В каскаде автоматической регулировки алтлитуды регулируют амплитуду импульсов параметром, пропорциональным времени прохождени  ультразвуковых импульсов через контролируемую среду так, что исключаетс  нелинейность зависимости параметра пропорционального приращению времени прохождени  ультразвуковых импульсов от температу - В сумматоре происходит компенсаци  параметра, про порционального амплитуде и длительности регулированного импульса параметром пропорциональным температуре. При зтом показани  прибора остаютс  неизменными.

Изменени  давлени  контролируемой среды при неизменной температуре вызывают изменени  времени прохождени  ультразвуковых импульсов через среду. После усилени , формировани  и селектироваки  прин тых импульсов по длительности регулируют амплитуду импульсов параметром, пропорциональным времени прохождени  ультразвуковых импульсов через контролируемую среду. l eryлиpoвкy амплитуды импульсов осуществл ют так, что исключаетс  нелинейность зависимости параметра, пропорционального приращению врелвни прохождени  ультразвуковых импульсов через контролируемую среду, от давлени . Полученное приращение :араметра, пропорционального акошитуде и длительности регулированного лмпульса , в сумматоре не компенсируют, ввиду посто нства температуры контролируемой среды. Это приращение через сумматор поступает на регистрирующей прибор. Таким образом, показани  прибор  будут лш1ейно зависитъ от давлени  и не будут зависитъ от температуры контролируемой среды.

Предлагаемое устройство позволит в 4-5 раз повысить точность измерений по сравнению с известными , причем при использовании акустического преобразовател  с нормальным вводом ультраg

звуковых импульсов погрешность измерений предлагаемого устройства будет меньше на 30-40% по сравнению с акустическим преобразователем с угловым вводом ультразвуковых импульсов.

Claims (3)

1.Патент США N 3504546, кл. 73-388, опубл. 1968.

2.Авторское свидетельство № 308299, кл. G01 L П/00, 1772.

3.Авторское свидетельство № 522497, кл. G01 L П/00, 1975.