SU655902A1 - Частотный ультразвуковой расходомер - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технической акустике и может найти применение дл  измерени  расходов продуктов в продуктопроводе . Известны частотные ультразвукрвые расходомеры , выполненные по одноканальной схеме, работа которых основана на сравнении изменени  частот зондирующих импульсов по потоку и против него 1. Однако этим расходомерам свойственна погрешность из-за асимметрии электронных каналов. Наиболее близким по технической суш,ности  вл етс  ультразвуковой расходомер, содержащий первичный преобразователь, состо щий из измерительного участка трубопровода с двум  пьезопреобразовател ми, на нем, два синхрокольца, каждое из которых содержит пьезопреобразователи ус литель с формирователем приемных импульсов на выходе, формирователь зондирующих импульсов, который через электронный ключ и схему ИЛИ соединен с формирователем приемных импульсов непосредственно и через элементы задержки, а также схему между входами которой и выходом синхроколец последовательно включены по паре мультивибраторов 2. Недостатком такого расходомера  вл етс  наличие погрещности измерени  от асимметрии электронных каналов, св занной с работой в каждом синхрокольце, отдельных передатчиков и усилителей приемных импульсов, что приводит еще и к аппаратурной избыточности. Другим источником погрещности измерени  расхода  вл етс  низка  выходна  частота расходомера. Кроме того, в этом расходомере отсутствует возможность проверки «нул  прибора в рабочем состо нии, он имеет невысокую надежность работы вследствие того, что в случае срыва автоколебаний по любому синхрокольцу расходомер не восстанавливает режим работы и требует дл  этого вмешательства извне. Целью изобретени   вл етс  повьпиение точности измерени  работы расходомера. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в него дополнительно введены щесть электронных ключей, ключ рода работ, два элемента задержки, делитель частоты, схема антисовпадений, реверсивный счетчик, триггер направлени  зондировани , триггер задержки , цифроаналоговый преобразователь и управл емый генератор, причем выход одного синхрокольца подан непосредственно на один вход.реверсивного счетчика, а выход другого синхрокольца подан на другой вход реверсивного счетчика через схему антисовпадени , к другому входу которой через делитель частоты подсоединен управл емый генератор, св занный по управл ющему входу через цифроаналоговый преобразователь с выходом реверсивного счетчика, выходы же крайних состо ний реверсивного счетчика через элементы задержки по времени и схему ИЛИ соединены с формирователем зондирующих импульсов, при этом входы управлени  электронных ключей на выходе формировател  зондирующих импульсов св заны с выходами триггера направлени  зондировани , подключенного по входу к выходам синхроколец, а выходы мультивибраторов поданы на управл ющие входы электронных ключей, сто щих, на входе синхроколец, и через схему И и триггер задержки - на входы ключей, расположенных в цепи элементов задержки по времени, а пьезопреобразователи соединены через электронные ключи и ключ рода работ с усилителем и формирователем зондирующих импульсов. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры сигналов. Преобразователь состоит из участка трубопровода 1 с измер емым в нем продуктом и двух пьезопреобразователей 2 и 3. В состав одного синхрокольца вход т ключи 4-8, элементы задержки по времени 9 и 10, мультивибраторы 11 и 12. Аналогичные элементы другого синхрокольца обозначены: 4 -12. Общими элементами  вл ютс  формирователь зондирующих импульсов 13, усилитель 14, формирователь приемных импульсов 15, триггер направлени  зондировани  16, схема ИЛИ 17, схема И 18, триггер задержки 19 и ключ рода работ 20. В состав выходного уетройс:тва (И) вход т: реверсивный счетчик 21, схема антисовпадений 22, цифроаналоговый преобразователь 23, управл емый генератор 24, делитель частоты 25 и индикатор расхода 26. На схеме указаны выходы расходомера: частотный выход 27, аналоговый выход. 28 и цифровой выход в виде параллельного кода 29. Расходомер работает следующим образом . Пусть в исходном состо нии триггер направлени  зондировани  16 открывает ключ 7 и закрывает ключ 7. Триггер задержки 19 удерживает открытие ключа 5 и 5 (ключи 6 и 6 закрыты), мультивибраторы 11 и II возбуждены. При этом врем  возбуждени  мультивибратора 11 TViH должно быть меньще То - Д Т, где То - врем  распространени  ультразвуковых колебаний между пьезопреобразовател ми через неподвижный измер емый продукт, а AT То - Ттт (Tmin врем  распространени  ультразвуковых колебаний между пьезопреобразовател ми по потоку при максимальном расходе). Врем  возбуждени  мультивибратора 11 должно быть меньще То При этом врем  мультивибраторов 12 и 12 должно удовлетвор ть условию Гмп. + Тш2 Г) и 7ммЧ- 7wa TO + А Г. Другими словами, мультивибраторы- 12 и 12 должны на оси времени выдел ть минимальные промежутки достоверного по влени  сигналов синхроколец с вь1хода усилител . Допустим, что первым в исходное состо ние возвращаетс  мультивибратор И, который при этом возбуждает мультивибратор 12, открывающий ключи 4 и 8. С этого момента в промежутке Гми сигнал с пьезопреобразовател  3 поступает на усилитель 14, формирователь приемных импульсов 15 и через ключи 4 и 5 на запуск мультивибратора И, на трриггер направлени  зондировани  16 и через элемент задержки 10 и схему ИЛИ 17 - на формирователь зондирующих импульсов 13. Триггер направлени  зондировани  открывает ключ 7, и зондирующий импульс поступает на пьезопреобразователь 2, который излучает ультразвуковые колебани  в измер емый продукт. Не более, чем через Го эти колебани  принимаютс  пьезопреобразователем 3 и цикл повтор етс . В другом синхрокольце после возбуждени  мультивибратора 12 открываютс  ключи 4 и 8 и прин тый из измер емой среды импульс ультразвуковых колебаний пьезопреобразователем 2 усиливаетс  усилителем 14 и формируетс  формирователем 15. Далее приемный импульс поступает на запуск мультивибратора 11, на триггер 16 и через элемент задержки 10 и схему ИЛИ 17 на (|}ормирователь зондирующих импульсов 13 и т. д. Как только импульсы в обоих синхрокольцах подойдут по времени близко один к другому настолько, что перекроютс  импульсы на выходах мультивибраторов 12 и 12, сработает схема И 18, котора  по счетному входу перебросит триггер задержки 19 в противоположное состо ние. При этом закроютс  ключи 5 и 5, откроютс  ключи 6 и 6. Значит в первое синхрокольцо введен элемент 9 задержки по времени, который разнесет импульсы в двух синхрокольцах и исключит возможность их совпадени . При новом приближении импульсов в двух синхрокольцах вновь сработает схема И 18, и триггер задержки 19 отключит из цепи синхрокольца элемент .9 задержки. Чтобы введение или отключение элемента задержки по времени не вносило возмущений в выходной цепи, синхронно с помощью ключей 6 и 5 вводитс  и отключаетс  такой же элемент задержки 9 в цепи выхода

второго синхрокольца. С выходов синхроколец сигналы поступают на выходное устройство . При этом сигнал с большей частотой (с синхрокольца, работающего по по-, току) .поступает непосредственно на один вход счетчика 21, а сигнал с другого синхрокольца поступает,предварительно на схему антисовпадений 22, а с нее - на другой вход реверсивного счетчика. Код реверсивного счетчика преобразуетс  в аналоговый сигнал с помощью преобразовател  23, который подаетс  на управл емый генератор 24. Сигнал с управл емого rejuepaTopa поступает на делитель частоты 25 и на индикатор расхода 26. С выхода делител  частоты импульсы идут на другой вход схемы 22 и, складыва сь с импульсами синхрокольца , работающего «против потока, поступают на вход счетчика 21.

Если генераци  какого-нибудь синхрокольца прекращаетс , реверсивный счетчик 21 достигает одного из крайних своих положений, и по соответствующему выходу реверсивного счетчика вырабатываетс  запускающий импульс, который поступает на вход соответствующего элемента задержки по времени 10 или 10. Если генераци  отсутствует в обоих синхрокольцах (например, в начале работы), импульсы, поступающие от управл емого генератора, заполн ют реверсивный счетчик, который в крайнем своем положении выработает запускающий импульс. Этот импульс запускает синхрокольцо, сигналы от которого привод т реверсивный счетчик Б другое крайнее положение (частота синхрокольца выше частоты импульсов с делител  частоты 25). В этом случае с реверсивного счетчика поступает сигнал на запуск другого синхрокольца.

Если ключ 20 рода переключают вправо, схема работает в режиме «проверки нул . В этом случае оба синхрокольца генерируют ультразвуковые колебани  по потоку. И так как эти колебани  от каждого синхрокольца следуют одно за другим с малым интервалом времени (доли миллисекунды), то изменением скорости потока за этот промежуток можно пренебречь. Следовательно, оба синхрокольца работают в одинаковых услови х и на выходах имеют одинаковые частоты или нуль на индукторе расхода. Таким образом , при разных скорост х измер емого продукта пропорционально измен етс  и состо ние (код) реверсивного счетчика, а следовательно, и аналоговый сигнал с выхода цифроаналогового преобразовател  23, который задает частоту управл емого генератора 24. Индикатор расхода 26 указывает величину расхода.

Помимо индикации расхода выходное устройство вырабатывает пропорциональный расходу частотный сигнал с выхода 27 (с возможностью масштабировани  коэффициента делени  дл  получени  именованных единиц измерени ), аналоговый сигнал с выхода 28 и цифровой сигнал в виде параллельного кода дл  выдачи на ЭВМ и другие цифровые устройства и системы.

На фиг. 2 приведены диаграммы, иллюстрирующие работу частотного ультразвукового расходомера. Диаграммы на фиг. 2, а показывают режимы работы основных элементов расходомеров в отсутствии срывов генерации синхроколец. Причем слева показан случай, когда импульсы в каждом синхрокольце разнесены на достаточно большое врем  Д ti, а справа показан случай, когда импульсы в разных синхрокольцах сближаютс  один относительно другого до интервала Д.12. В этом случае импульсы от мультивибраторов 12 и 12 перекрываютс  во времени , срабатывает схема совпадени  и триггер 19 перебрасываетс  в противоположное состо ние, ввод  при этом элемент задержки 9 в первое синхрокольцо (на диаграмме - врем  ti).

0

Диаграммы 2, в показывают работу расходомера (в более крупном масштабе времени ) после пропадани  сигналов в синхрокольцах . До момента 11, когда на выходе синхроколец отсутствуют импульсы, на вход реверсивного счетчика 21 поступают импуль5 сы от генератора 24 после делител  25. В момент-ti при поступлении на реверсивный счетчик 21 импульса N axпоследний счетчик достигает крайнего положени  и на вход элемента задержки 10 с реверсивного счетчика поступает запускающий импульс. С этого момента возобновл етс  генераци  в первом синхрокольце. Поскольку частота этих колебаний значительно выше частоты импульсов, поступающих на реверсивный счетчик с выхода делител  25, реверсивный счетчик из5 мен ет свое состо ние в другом направлении и в момент ta достигает другое свое крайнее положение. В этом случае на вход элемента задержки 10 с реверсивного счетчика поступает запускающ ; импульс во второе синхрокольцо. Таким образом, после срыва колебаний произойдет автоматический запуск этих синхроколец. На диаграмме 2, в видно, как мен етс  частота генератора 24 после делител  25 при изменении состо ни  реверсивного счетчика.

45

Claims (2)

1. Частота ультразвуковых расходомеров, пропорциональна  расходу, равна разности частот двух синхроколец. Обычно это очень низка  частота от 0,1 до нескольких дес тков герц. Измерение таких частот простыми средствами дает значительные погрешности. Кроме того, использование низкой частоты в качестве сигнала в устройствах систем контрол  и управлени  не всегда представл етс  возможным. В рассматриваемом расходомере выходна  частота повыщаетс  за счет применени  генератора 24, управл емого реверсивным счетчиком 21. Использу  делитель частоты 25, можно мен ть выходную частоту в широких пределах. Таким, образом, основные элементы схемы  вл ютс  ооилими дл  обоих син.хроколеи, что почти полностью исключает погрешность асимметрии каналов. Кроме того, примененна  схема выходного устройства не только повышает частоту выходного сигнала, ио и обеспечивает в предла1гаемом расходомере все современные формы выходного сигнала: в виде аналогового сигнала, в виде частотного сигнала с возможностью масштабировани  частоты и в виде цифрового параллельного кода дл  использовани  в ЭВМ и других цифровых системах и устройствах контрол  и управлени . Использование сигналов крайних состо ний реверсивного счетчика дл  запуска синхроколец обеспечивает автоматический запуск генерации синхроколец в начале работы и при срывах генерации синхроколец во врем  работы. Это повышает надежность работы предлагаемого расходомера. Введение ключа рода работ позвол ет во врем  работы прибора одновременно включать оба синхрокольца по или против потока и,таким образом, не останавлива  поток, в любой . момент времени провер ть «нуль расходомера . Формула изобретени  Частотный ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь, состо щий из измерительного участка трубопровода с двум  пьезопреобразовател ми на нем, два синхрокольца, каждое из которых содержит пьезопреобразователи, усилитель с формирователем приемных импульсов на выходе, формирователь зондирующих импульсов , который через электронный ключ и схему ИЛИ соединен с формирователем приемных импульсов непосредственно и через элементы задержки, а также схему И, между входами которой и выходом синхроколец последовательно включены по паре мультивибраторов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и повышени  надежности работы расходомера, в него дополнительно введены шесть электронных ключей, ключ рода работ, два элемента задержки, делитель частоты, схема антисовпадений, реверсивный счетчик, триггер направгтени  зондировани , триггер задержки , цифроаналоговый преобразователь и управл емый генератор, причем выход одного синхрокольца подан непосредственно на один вход реверсивного счетчика, а выход другого синхрокольца подан на другой вход реверсивного счетчика через схему антисовпадени , к другому входу которой через делитель частоты подсоединен управл емый генератор, св занный по управл ющему входу через цифроаналоговый преобразователь с выходом реверсивного счетчика, выходы же крайних состо ний реверсивного счетчика через элементы задержки по времени и схему ИЛИ соединены с формирователем зондирующих импульсов, при этом входы управлени  электронных ключей на формировател  зондирующих импульсов св заны с выходами триггера направлени  зондировани , подключенного по входу к выходам синхроколец, а выходы мультивибраторов поданы на управл ющие входы электронных ключей, сто щих на входе синхроколец , и через схему И и триггер задержки - на входы ключей, расположенных в цепи элементов задержки по времени, а пьезопреобразователи соединены через электронные ключи и ключ рода работ с усилителем и формирователем зондирующих импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 413382, кл. G 01 F 1/00, 1974.
2. 2.Патент Англии № 1.285.175, кл. H4D, 1971.