SU922514A1 - Ультразвуковой расходомер В.И.Филатова - Google Patents

Description

() УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР В.И. ФИЛАТОВА

1

Изобретение относитс  к измери- гельной технике и может быть исполь- зовано при разработке контрольноизмерительных приборов дл  определени  расхода, а также в точных скоростомерах потоков.

Известны ультразвуковые расходомеры , содержащие схему синхрокольца, коммутатор и одноканальный преобразователь , блоки хранени  и сравнени  информации об измерени х попеременно по потоку и против него

Однако эти расходомеры обладают значительной погрешностью измерений, обусловленной вариаци ми параметров измер емой среды при попеременном измерении по потоку и против него.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  ультразвуковой расходомер, содержащий два пьезодатчика, установленные на стенках трубопровода и св занные с генератором, усилитель и фильтр высокой частоты, включенные последовательно и св занные с выходами пьезодатчиков , формирователь, счетный триггер, триггер направлений, триггер задержки, одновибратор задержки, генератор запуска, п ть схем ИЛИ, дес ть схем И, две схемы НЕ и блок индикации 2.

Недостатком этого расходомера - вл етс  невысока  точность измерений, обусловленна  различием времени за10 держки сигналов в фильтре высокой частоты , усилителе, формирователе, схеме запрета, схеме ИЛИ и генераторе импульсов каждой схемы синхрокольца. Цель изобретени  - повышение точ«S ности измерений.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в ультразвуковой расходомер вве .дены ограничитель - схема ИЛИ, четыре схемы И, два одновибратора-селектора с инверторами и лини ми задержки , генератор с коммутатором, коммутирующий триггер, триггер выбора, две

схемы НЕ и расширитель формировател . 3 причем один пьезодатчик соединен с одним выходом генератора с коммутатором ,, входом одного одновибратораселектора с инвертором и линией задержки и одним входом ограничител  схемы ИЛИ, а другой пьезодатчик с другим выходом генератора с комму татором, входом другого одновибрато ра-селектора с инвертором и линией задержки и другим входом ограничител  - схемы ИЛИ, выход последней подключен к входу фильтра высокой частоты, выход которого соединен с входом усилител , выход усилител  со единен с одним из входов первой схемы ИЛИ, а ее выход - с входом формир вател , выход которого соединен с вх дами первой, п той, шестой схем И и второй схемы НЕ, выход последней соединен с входами дес той схемы И и расширител  формировател , выход последнего соединен с другим входом шестой схемы И, другой вход первой схемы И подключен к выходу второй схемы ИЛИ, а выход - к входу третьей схемы НЕ и входу генератора, одни входы (второй)и четвертой схем И соединены с разными выходами коммутирующего триггера, а их другие входы соответственно подключены к выходам первого и второго одновибраторов-селекторов с инверторами и лини ми заде жки, выходы последних соединены такж с входами седьмой схемы И, выход кот рой соединен входом генератора запус ка, выход последнего соединен с входами первой схемы ИЛИ непосредственно и через четвертую схемуНЕ, выход шестой схемы И подключен к входу третьей схемы ИЛИ и к входам одиннадцатой и двенадцатой схем И, другие входы последних подключены к раз ным выходам коммутирующего триггера, а их выходы - к разным входам три1- гера направлений, выходы которого со единены с входами тринадцатой и четырнадцатой схем И, другие входы последних соединены с одним выходом счетного триггера, а выходы - с блок ин/дикации, другой вход третьей схемы ИДИ соединен с выxoдo п той схемы И, а выход - с входом одновибратора задержки, выход которого соединен с входом первой схемы НЕ, выход последней г дключен к входам триггера задержки и дев той схемы И, триггер задержки неинвертированным выходом подключен к входам третьей, п той, одев той и дес той схем И, п той схеI4 мы ИЛИ, а инвертированным - ко входам первой, второй, четвертой схем ИЛИ и счетного триггера, другой вход п той схемы ИЛИ подключен к выходу дес той схемы И, а выход - к входу триггера выбора, один выход последнего соединен с входом п той схемы И, а другой - с входами третьей и дев той схем И, выход дев той схемы И соединен с входом четвертой схемы ИЛИ, входы восьмой схемы И соединены с выходами четвертой схемы ИЛИ и третьей схемы НЕ, а ее выход - с входом коммутирующего триггера. На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого ультразвукового расходомера. Расходомер содержит укрепленные на контролируемом участке трубопровода 1 пьезодатчики 2 и 3, ограничительсхему ИЛИ 4, фильтр 5 высокой частоты , усилитель 6, первую, вторую, .третью , четвертую и п тую схемы ИЛИ 7 П , формирователь 12, четырнадцать схем И 13 - 26, первый и второй одновибратор-селектор 27 и 28 с инверторами и лини ми задержки, генератор 29 с коммутатором, коммутирующий триггер 30, триггер 31 задержки, триггер 32 выбора, счетный триггер 33 и триггер 3 напра.влений. Расходомер содержит также первую, вторую, третью и четвертую схемы НЕ 35 - 38, одновибратор 39 задержки, расшири- . тель kQ формировател , генератор k запуска и блок 42 индикации. Схема синхрокольца образована датчик,ами 2 и 3, ограничителем-схемой ИЛИ Л, фильтром 5 высокой частоты, усилителем 6, первой схемой ИЛИ 7, формирователем 12, первой схемой И 13 и генератором 29 с коммутатором. Выходной сигнал расходомера снимают с выхода счетного триггера 33, либо в зависимости от направлени  потока - с выхода тринадцатой 25 или четырнадцатой 26 схемы И. Предлагаемый ультразвуковой расходомер работает следующим образом. В момент включени  питани  срабатывает генератор запуска Ц, передним фронтом импульса которого через первую схему ИЛИ 7 запускаетс  формирователь 12. Импульс формировател  12 длительностью у-ф через первую схему И 13, на другой вход которой через вторую схему ИЛИ 8 передаетс  инвертированный сигнал триггера задержки 31.поступает на вход запуска генератора 29 с коммутатором и на вход третьей схемы НЕ 37- Импульс генератора с коммутатором поступит на один или другой выход только при наличии разрешающего сигнала, поступающего соответственно, с выхода схемы И второй 1А или четвертой 16. Разрешающий сигнал на выходе одной из этих схем по витс  при наличии на ее входах сиг нала коммутирующего триггера 30 и инвертированного сигнала одновибратора-селектора 27 или 28 с линией задержки .

Предположим, что импульс генератора с первого выхода генератора с коммутатором поступает на пьезодатчик 3 и на запуск первого одновибратора-селектора 27 с инвертором и линией задержки. Инвертированный импульс последнего задерживаетс  линией задержки на врем  ., и поступает на входы схемы И седьмой 19 и второй I, и на выходе последней снимаетс  разрешающий сигнал. Таким образом, импульс длительностью Сд поступает на пьезодатчик 3, который преобразует его в ультразвуковой импульс, излучаемый против потока поц углом сС к оси трубы преобразовател . Инвертированный третьей схемой НЕ 37 импульс формировател  12 через восьмую И 20, на другой вход которой через четвертую схему ИЛИ 10 поступает инвертированный ©игнал триггера задержки 31, задним фронтом реребрасывает коммутирующий триггер 30. Импульс формировател  12 инвертируетс  также второй схемой НЕ 36 и запускает расширитель 0 формировател . Последний генерирует импульс длительностью («.

Импульс генератора запуска, инвертированный четвертой схемой НЕ 38, через первую схему ИЛИ 7 своим задним фронтом повторно запускает формирователь 12. Импульс формировател  12 через схему первую И 13 запускает генератор 29 с коммутатором, с второго выхода которого импульс поступает на пьезодатчик 2 и на запуск второго одновибратора-селектора 28 с инвертором и линией задержки. Инвертированный импульс последнего задеркиваетс  линией задержки на врем  и поступает на входы схем И седьмой 19 и четвертой 16, снима  на выходе по- следней разрешающий сигнал. Импульс длительности Тль поступает на пьезодатчик 2, который преобразует его в

ультразвуковой импульс, излучаемый по потоку под углом d к оси трубы 1. Инвертированный третьей схемой НЕ 37 импульс формировател  12 через восьмую схему И 20 задним фронтом перебрасывает коммутирующий триггер 30. Прошедший через измер емый поток ультразвуковой импульс поступает на пьезодатчик 2 и 3, преобразуетс  в электрический и через ограничительсхему ИЛИ , фильтр высокой частоты 5 поступает на усилитель 6. Усиленный усилителем 6 импульс через первую схему ИЛИ 7 запускает формирователь 12. Далее процесс повтор етс . Поскольку в расходомере примен етс  одна схема синхрокольца, поочередно работающа  по потоку и против него., в нем нет разности времени задержки электронной схемой сигналов, автоциркулирующих по потоку и против него

С выхода седьмой схемы И 19 импульсы , образовавшиес  от совпадени  во времени импульсов первого и второго одновибраторов-селёкторов с инверторами и лини ми задержки, посту .пают на вход генератора k запуска, срыва  его работу. Таким образом, схема И 19 контролирует прохождение импульсов схемы синхрокольца по потоку и против него. При прохождении ультразвуковых импульсов только в одном направлении, при отсутствии жидкости в трубопроводе 1 или при нарушении работы электронноЧ схемы прибора импульсы на выходе седьмой схемы И 19 отсутствуют. Генератор k запуска генерирует импульсы, поступающие на запуск формировател  12 и блок индикации, индициру  аварийное состо ние.

Claims (2)

1. При совпадении во времени импульсов формировател  12 с импульсом расширител  формировател  kO HS выходе шестой схемы И 18 образуетс  импульс, который через третью схему ИЛИ 9 запускает одновибратор 39 задержки. Импульс последнего длительностью 1 инвертируетс  первой схемой НЕ 35, поступает на вход дев той схемы И 21 и своим задним фронтом перебрасывает триггер 31 задержки. Перепадом напр жени  с неинвертированного выхода триггера 31 задержки через п тую схему ИЛИ 11 перебрасываетс  триггер 32 выбора. Импульс формировател  12 пройдет через первую схему И 13 только при совпадении инвертированного сигнала триггера 32 выбора и неинЬертированного сигнала триггера 31 задержки на входах третьей схемы И 15, с ее выхода сигнал через вторую схему ИЛИ 8 поступает на другой РХОД первой схемы И 13. С выхода первой схемы И 13 инвертированный третьей схемой НЕ 37 импульс через восьмую схему И 20 задним фронтом перебросит коммутирующий триггер 30 только при совпадении неинвертированного сигнала 31 задержки, инвертированного сигнала триггера 32 выбора и инвертированного первой схемой НЕ 35 сигнала одновибратора 39 задержки на входах дев той схемы И 21, тогда с ее вы)«ода сигнал через четвертую схему ИЛИ 10 поступит на другой вход восьмой схемы И 20, Инвертированный второй схемой НЕ 36 импульс формировател  12 своим задним фронтом через дес тую схему И 22, другой вход которой подключен к неинвертированному выходу триггера 32 задержки, и п тую схему ИЛИ 11 перебрасывает триггер 32 выбора. При совпадении неинвертированных сигналов триггера 31 задержки и триггера 32 выбора, поступающих на входы п той схемы И 17, через последнюю и третью схему ИЛИ 9 импульс формировател  12 передним фронтом запускает одновибратор 39 задержки.Импульс последнего;инве тируетс  первой схемой НЕ 35 и своим задним фронтом возвращает триггер 31 задержки в исходное состо ние. Перепадом напр жени  с инвертированного выхода триггера 31 задержки перебрасы ваетс  счетный триггер 33 и через первую схему ИЛИ 7 запускаетс  фо0мирователь 12. Дл  определени  направлени  потока используетс  свойство ультразвуковых импульсов, излучаемых по потоку Догнать ультразвуковые импульсы, излучаемые против потока. Направление потока указывает сигнал коммутирующего триггера 30 в момент совпадени  во времени импульса формировател  12 с импульсом расширител  0 формировател , подаваемых на входы шестой схемы И 18, С ее выхода импульс поступает на входы одиннадцатой 23 и двенадцатой 2k схем И, на другие входы которых поступают сигналы с разных выходов коммутирующего триггера 30. С выходов этих схем И сигналы поступают на разные входы триггера З направлений, С выхода счетного три1- гера 33 сигнал подаетс  на входы тринадцатой 25 и четырнадцатой 26 схем И, на другие входы которых поступают сигналы с разных выходов триггера 3 направлений. Индикатор 2 показывает направление потока в зависимости от сигнала, поступающего на его входы с выхода тринадцатой 25 или четырнадцатой 26 схем И, В зависимости от направлени  потока на выход устройства поступает сигнал частоты F переключений счетного триггера 33 и.ц или DCI, снимаемый с выходов тринадцатой схемы И 25 или че.тырнадцатой схемы И 26, или независ щий от направлени  потока сигнал, снимаемый с выхода счетного триггера 33. Период следовани  импульсов счетного триггера 33, определ емый оментами совпадений импульсов формировател  12 с импульсами расширител  формировател  0, может быть выражен Т 1 пТ +t (п-1) Ttj + Г , где п - количество полных периодов Ту| 4Т((или ) за период Т; Т,Т- - периоды автоциркул ции импульсов по потоку и против него. После несложных преобразований из этого выражени  получаем 1 ч-едГ где л f f и - f« г- - . - раз -а ность частот по потоку и против него. Поскольку и f « 1, можно прин ть F uf. Таким образом, на выходе устройства получают частотный сигнал, пр мо пропорциональный расходу потока. Формула изобретени  Ультразвуковой расходомер, содержащий два пьезодатчика, установленные на стенках трубопровода и с§ занные с генератором, усилитель и фильтр высокрй частоты, включенные последовательно и св занные с выходом ПЬШЗодатчиков , формирователь, счетный триггер , триггер нап|завлений, триггер задержки , одновибратор задержки, генератор запуска, п ть схем ИЛИ, дес ть

   99225

   схем И, две схемы НЕ и блок индикации , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений , в него введены ограничительсхема ИЛИ, четыре схемы И, два одно- j вибратора-селектора с инверторами и ли ни ми задержкиj генератор с коммутатором , коммутирующий триггер, триггер выбора, две схемы НЕ и расширитель формировател , причем один пьезо- Ю датчик соединен с одним выходом генератора с коммутатором, входом одного одновибратора-селектора с инвертором и линией задержки и одним входом ограничител -схемы ИЛИ, а другой пье-15 зодатчик - с другим -выходом генератора с коммутатором, входом другого одновибратора-селектора с инвертором и линией задержки и другим входом ограничител  - схемы ИЛИ, выход послед- 20 ней подключен к входу фильтра высокой частоты, выход которого соединен с входом усилител , усилител  соединен с одним из входов первой схемы ИЛИ, а ее выход - с вЯодом 25 формировател , выход которого соединен с входами первой, п той, шестой схем И и второй схемы НЕ, выход последней соединен с входами дес той схемы И и расширител  формировател  зо выход последнего соединен с другим входом шестой схемы И, другой вход первой схемы И подключен к выходу схемы ИЛИ, а выход - к входу третьей схемы НЕ и входу генер ора, j, одни входы второй и четвертой схем И соединены с разными выходами коммути-; рующего триггера, а их другие входы соответственно подключены к выходам первого и второго одновибраторов-се- дц лекторов с инверторами и лини ми задержки , выходы последних соединены также с входами седьмой схемы И, выход которой соединен с входом генератора запуска, выход последнего со410

   единен с входами первой схемы ИЛИ не посредственно и через четвертую схему НЕ, выход шестой схемы И подключен к входу третьей схемы ИЛИ и к входам одиннадцатой и двенадцатой схем И, ругие входы последних подключены к разным выходам коммутирующего триггера , а их выходы - к разным входам триггера направлений, выходы которого соединены с входами тринадцатой и четырнадцатой схем И, другие входы последних соединены с одним выходом счетного триггера, а выходы - с блоком индикации, другой вход третьей схемы ИЛИ соединен с выходом п той схемы И, а выход - с входом однот .. вибратора задержки, выход которого соединен с входом первой схемы НЕ выход последней подключен к входам триггера задержки и дев той схемы И, триггер задержки неинвертированным выходом подключен к входам третьей, п той, дев той и дес той схем И, п  той схемы ИЛИ, а инвертированным к входам первой, второй, четвертой схем ИЛИ и счетного триггера, другой

   вход п той схемы ИЛИ подключен к выходу дес той схемы И, а выход - к входу триггера выбора, один выход последнего соединен с входом п той схемы И, а другой - с входом третьей и дев той схем И, выход дев той схемы И соединен с входом четвертой схемы ИЛИ, входы восьмой схемы И соединены с выходами четвертой схемы ИЛИ и третьей схемы НЕ, а ее выход - с входом коммутирующего триггера. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1,Авторское свидетельство СССР № 2kB263, кп, G 01 F 1/00, I960.
2. 2.Расчет и конструирование расходомеров . Под ред. П.П. Кремлевского. М., Машиностроение, Л., 1976,

   с. 130-133.