SU885808A1 - Импульсный ультразвуковой расходомер - Google Patents

Description

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

1

Изобретение относитс  к ультразвуковой технике и может найти применение в различных отрасл х народного хоз йства при автоматизации контрол  и управлени  технолог:ическими процессами производства жидких и газообразных веществ.

Известны одноканальные ультразвуковые расходомеры с попеременной коммутацией , содержащие два электроакустических преобразовател , два идентичных измерительных канала, каждый из которых включает в себ  ключ и дискриминатор времени 1.

Недостатком этих расходомеров  вл етс  вли ние на точность измерени  нелинейности статических характеристик дискриминаторов времени и величины абсолютной скорости ультразвука в контролируемой среде.

Наиболее близок к предлагаемому импульсный ультразвуковой расходомер, содержащий трубопровод с установленными на нем двум  электроакустическими преобразовател ми,частотомер и два идентичных измерительных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных делител  частоты , дискриминатора :времени: сигнальный вход которого соединен с одним из электроакустических преобразователей , блока управлени  и управл емого генератора, выход которого подключен ко входу частотомера, и ключа выходом подключенного ко второму электроакустическому преобразователю 2 .

Однако вследствие того, что фиксаци  приращени  фазового сдвига ультразвуковых импульсов, прошедших через исследуемую среду, осуществл етс  дискриминатором времени по переднему (заднему) фронту прин тых импульсов, крутизна и форма которых зависит от акустических свойств среды и конструкции элементов и потому нестабильна, то точность измерени  скорости потока невысока . Другим недостатком известного устройства, обусловленным поочередным подк.гиочением каналов,  вл етс  невозможность измер ть с высоким быстродействием скорость пульсирующих потоков сред с быстромен ющимс  составом и температурой .

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  измерений.

Указанна  цель достигаетс  тем, что расходомер снабжен генератором тактовых импульсов и введенными в

каждый измерительный канал фазовым детектором и триггером, причем сигнальный вход фазового детектора подключен к одному из электроакустических преобразователей, опорный вход - к выходу управл емого генератора , а его выход подключен ко второму входу блока управлени , выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом делител  частоты, а выход - с управл ющим входом ключа, второй вход которого подключен к выходу управл емого генератора, а выход - ко входу делител  частоты.

На фиг,1 представлена функциональна  схема импульсного ультразвукового расходомера; на фиг,2 - временные диаграммы напр жений на функциональных блоках.

Устройство содержит трубопровод 1 в котором установлены электроакустические преобразователи 2 и 3. Электронна  часть состоит из двух измерительных идентичных каналов, содержащих последовательно соединенные управл емые генераторы 4 и 5, ключи 6 и 7, подключенные вторыми входами к триггерам 8 и 9, делители 10 и И частоты, дискриминаторы 12 и 13 времени , блоки 14 и 15 управлени , кроме того, каналы содержат фазовые детекторы 16 и 17.

Одновременное включение измерительных каналов производитс  генератором 18 тактовых импульсов, а выходные сигналы с обоих каналов поступают в частотомер 19.

Измерение скорости ультразвуковой волны по потоку и против потока осуществл етс  одновременно двум  измерительными каналами,  вл ющимис  импульсными электронными след шими системами, запускаемыми импульсами напр жени  U-j генератора 18 тактовых импульсов. Передним фронтом импульс генератора 18 тактовых импульсов устанавливает триггеры 8 и 9 в рабочее состо ние, при этом на заданное врем  отключаютс  ключ б, который пропускает высокочастотное напр жение U управл емого генератора 4,и ключ 7,пропускающий высокочастотное напр жение управл емого генератора 5,

С выхода ключа 6 импульс высокочастотного напр жени  Uj поступает на вход делител  10 частоты и на электроакустический преобразователь 2. Происходит излучение ультразвукового импульса по потоку среды. Точно также происходит излучение ультразвука против потока. При этом дискриминаторы 12 и 13 времени и фазовые детекторы 16 и 17 закрУты,

Ультразвуковой импульс электроакустического преобразовател  2, прошедший по потоку, по вл етс  на выходе электроакусгического преобразовател  3 в виде напр жени  U через промежуток времени

г

4v C.OS d.

де - рассто ние между электроакустическими преобразовател  ми 2 и 3;

С - скорость ультразвука в сто чей среде;

V - скорость потока; d -I угол между ультразвуковыгл -jy4OM и направлением потока среды.

Тот же импульс в виде напр жени  на выходе делител  частоты 10

б о вл етс  через врем 

6-- , (1)

где п - число разр дов двоичного делител  10 частоты;

F - частота переменного напр же ни  управл емого генератора 4 .

Происходит также установка триггера 8 в исходное состо ние. Сигналы с выхода электроакустического преобразовател  3 и делител  10 частоты поступают на дискриминатор 12 времени и на его выходе возникает импульс напр жени  Ug, длительность котороголСз равна разности времен - fg . Импульс Ug поступает на блок 14 управлени , который подстраивает частоту управл емого генератора 4 и соответственно врем  в сторону уменьшени  разностного сигнала на выходе дискриминатора 12 времени . После того как сигнал на выходе дискриминатора 12 времени уменьшитс  до порогового значени , в контур системы включаетс  вместо дискриминатора 12 времени фазовый детектор 16,который осуществл ет точное измерение разности времени между излучаемым (опорным управл емого генератора 4) и принимаемым (с выхода электроакустического преобразовател  3) сигналами по величине фазового сдвига между высокочастотными напр жени ми этих сигналов. Сигнал с выхода фазового детектора 16 осуществл ет через блок 14 управлени  точную подстройку частоты F пропорционально скорости ультразвука по потоку среды.

Claims (2)

1. Таким обЬаэом, первый измерительный канал представл ет замкнутую автоматическую след щую систему грубой и точной подстройки частоты управл емого генератора 4, Высока  частота переменного напр жени  управл емого генератора 4  вл етс  выходным сигн лом системы и равна при условии дГд О, -4- (С + V cosi) Одновременно с работой первого измерительного канала происходит ра бота второго идентичного измеритель ного канала, функционирующего точно так же, как и первый. Выходной сигнал второго канала, т.е. высока  частота переменного напр жени  , измен етс  пропорционально измененн скорости распространени  ультразвука против потока в соответствии с выражением при условии fit О и ( С - V coseL) l -Т Частотомер 19 осуществл ет опера цию вычитани  двух частот напр жений НА и и,, и измерение полученной разности частот, пропорциональной скорости потока. Величина объемного расхода среды определ етс  из выражени  а COSdИспользование , предлагаемого уст ройст ва позвол ет повысить точность и быстродействие измерени  объемного расхода жидкостей или газов, ско рость потока, концентраци  и температура которых могут мен тьс  в ши .роком диапазоне. Формула изобретени  Импульсный ультразвуковой расход мер, содержащий трубопровод с установленными на нем двум  элек грчэку- -тическими преобразователчми, астотомер и два идентичных измерительных канала, состо щих из последовательно соединенных делител  частоты, дискриминатора времени, сигнальный вход которого соединен с одним из электроакустических преобразователей , блока управлени  и управл емого генератора, выход которого подключен ко входу частотомера, и .также ключа, выходом подключенного ко второму злектроакустическому преобразователю, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи  измерений, он снабжен генератором тактовых импульсов и введенными в каждый измерительный-канал фазовым детектором и триггером, причем сигнальный вход фазового детектора подключен к одному из электроакустических преобразователей, опорный вход - к выходу управл емого генератора , а его выход подключен ко втог рому входу блока управлени , выход генератора тактовых импульсов подклю-чен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом делител  частоты, а выход - с управл ющим входом ключа, второй вход которого подключен к выходу управл емого генератора, а выход - ко входу делител  частоты. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе Бражников Н.И. Ультразвукова  фазометри . М., Энерги , 1968, с. 236, 245.
2. 2. Патент США 3720105, кл. 73-194А, 1973 (прототип).