WO2009139661A1 - Устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - Google Patents

Устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе Download PDF

Info

Publication number
WO2009139661A1
WO2009139661A1 PCT/RU2008/000429 RU2008000429W WO2009139661A1 WO 2009139661 A1 WO2009139661 A1 WO 2009139661A1 RU 2008000429 W RU2008000429 W RU 2008000429W WO 2009139661 A1 WO2009139661 A1 WO 2009139661A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output
input
flow
pipeline
ultrasonic signals
Prior art date
Application number
PCT/RU2008/000429
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Игоревич РОМАНОВ
Дмитрий Юрьевич СВИЛЬПОВ
Станислав Владимирович МАЛЕЦКИЙ
Ольга Владимировна ЧАГИНА
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Когерент"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Когерент" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Когерент"
Priority to US12/990,871 priority Critical patent/US8020452B2/en
Priority to CN2008801291558A priority patent/CN102027334B/zh
Priority to DE8874303T priority patent/DE08874303T1/de
Priority to CA2724254A priority patent/CA2724254C/en
Priority to EP08874303.4A priority patent/EP2287570A4/en
Publication of WO2009139661A1 publication Critical patent/WO2009139661A1/ru
Priority to US13/212,614 priority patent/US8695435B2/en
Priority to HK11110880.9A priority patent/HK1156689A1/xx

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
    • G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S15/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets

Definitions

  • the proposed technical solution relates to the field of measurement technology and can be used to more accurately determine the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline.
  • a second transceiver emitter of ultrasonic signals mounted on a pipeline with a controlled environment with an offset relative to the first transceiver emitter of ultrasonic signals; - a switch connected by its first and second inputs to the terminals of the first and second transceiver emitter of ultrasonic signals, respectively;
  • control signal generator implemented in software and hardware based on a microprocessor control device connected by its first output to the second inputs of the first and second “I” circuits and to the third control input of the switch, its second output to the second input of the “OR” circuit, to the second the input of the pulse counter and to the third input of the sequential approximation register code, its third output to the second input of the sequential approximation code register, its fourth output to the second input ychitayuschego device, its first input to the output of the successive approximation register input and its second input through a bidirectional bus to the third input of the comparator, to the output of the second monostable multivibrator and a second input of the third circuit "I";
  • a node for calculating the transit time of ultrasonic signals through the flow of a controlled medium in a pipeline, implemented by software and hardware based on a microprocessor control device;
  • - a node for calculating the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in the pipeline, implemented by software and hardware based on a microprocessor control device; - a node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline, implemented by software and hardware based on the microprocessor control device; - a node for determining (calculating) the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline, implemented by software and hardware based on the microprocessor control device.
  • the first transceiver emitter of ultrasonic signals mounted on a pipeline with a controlled environment
  • a switch connected by its first and second inputs to the terminals of the first and second transceiver emitter of ultrasonic signals, respectively; - an amplifier of ultrasonic signals connected by its input to the output of the switch;
  • node for calculating the transit time of ultrasonic signals along the flow of a controlled medium in the pipeline
  • a node for calculating the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in the pipeline; - a node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline;
  • a source of ultrasonic signals made in the form of a synchronized oscillator, a delay unit connected by its input to the output of the synchronized oscillator, and a high-voltage pulse shaper connected by its input to the output of the delay unit, and connected by its first output to the output of the first transceiver emitter of ultrasonic signals and its second output to the conclusion of the second transceiver emitter of ultrasonic signals;
  • the first switch connected by its first input to the output of the first transceiver emitter of ultrasonic signals; - the first control unit connected by its output to the second control input of the first switch;
  • the first transducer of ultrasonic signals into pulse packets of a rectangular shape, corresponding to the transit time of ultrasonic signals through the flow of a controlled medium in the pipeline, and connected by its input to the output of the first amplifier of ultrasonic signals;
  • node for calculating the transit time of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline, made on the basis of the first gating unit, connected by its input to the output of the first transducer of ultrasonic signals into rectangular pulse trains;
  • - a second amplifier of ultrasonic signals connected by its input to the output of the second switch; - the second transducer of ultrasonic signals into pulse packets of a rectangular shape, corresponding to the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in the pipeline, and connected by its input to the output of the second amplifier of ultrasonic signals.
  • - a node for calculating the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in the pipeline, made on the basis of a second strobing unit connected by its input to the output of the second transducer of ultrasonic signals into rectangular pulse trains and by its output to the input of a synchronized oscillator of the source of ultrasonic signals;
  • - a unit for extracting the difference in the delay time between the ultrasonic signals flowing in and against the flow of the controlled medium in the pipeline, connected by its first input to the output of the node for calculating the passage of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline and its second input to the output of the node for calculating the ultrasonic transit signals against the flow of a controlled environment in the pipeline;
  • - a modulator connected by its first input to the output of the modulator and its second input to the output of the first demodulator;
  • the second demodulator (low-pass filter) connected by its input to the output of the modulator;
  • control unit connected by its first output to the control (third) input of the second switch;
  • - a node for calculating the transit time of ultrasonic signals along the flow of a controlled medium in the pipeline; - a node for calculating the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in the pipeline;
  • node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline
  • node for determining (calculating) the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline.
  • the technical result that cannot be achieved by any of the similar technical solutions described above is to reduce the error in calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals in the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline.
  • the reason for the impossibility of achieving the above technical result is that the prevailing practice in determining the difference between the measured values of the transit time of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline and the measured values of the transit time of the ultrasonic signals against the flow of the controlled medium in the pipeline provides mainly a comparison of these measured values and obtaining their difference, which does not provide a sufficiently accurate measurement of this difference and, ultimately does not provide a more accurate
  • FIG. 1 shows a functional diagram of a device for determining the volumetric flow rate of a controlled medium in a pipeline
  • FIG. 2 is a functional diagram of a unit for calculating the transit time of ultrasonic signals along a flow of a controlled medium in a pipeline
  • FIG. 3 is a functional diagram of a unit for calculating the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in a pipeline
  • FIG. 4 is a functional diagram of a node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals upstream and downstream of a controlled medium in a pipeline
  • FIG. 1 shows a functional diagram of a device for determining the volumetric flow rate of a controlled medium in a pipeline
  • FIG. 2 is a functional diagram of a unit for calculating the transit time of ultrasonic signals along a flow of a controlled medium in a pipeline
  • FIG. 3 is a functional diagram of a unit for calculating the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in a pipeline
  • FIG. 5 is a functional diagram of an additional node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals upstream and downstream of a controlled medium in a pipeline; in FIG. 6 is a functional diagram of a driver of control signals; in FIG. 7 is a timing chart explaining the operation of the driver of the control signals, and FIG. 8 is a functional diagram of a source of ultrasonic signals.
  • the proposed device for determining the volumetric flow rate of a controlled medium in a pipeline contains: - pipeline-1 with a controlled medium; - the first transceiver emitter - 2 ultrasonic signals installed on the pipeline - 1 with a controlled environment;
  • the second transceiver emitter - 3 ultrasonic signals installed on the pipeline - 1 with a controlled medium with an offset in the direction of flow of the controlled medium relative to the first transceiver emitter - 2 ultrasonic signals;
  • the first switch - 4 connected with its first output to the output of the first transceiver emitter - 2 ultrasonic signals and its second output to the output of the second transceiver emitter - 3 ultrasonic signals;
  • a memory unit - 10 made in the form of a first random access memory - 11, connected by its first input (the first input of the memory block - 10) to the output of an analog-digital converter 9, and a second random access memory - 12, connected by its first input (the first input of the block memory - 10) to the output of an analog-digital converter - 9, - node - 13 calculating the transit time of ultrasonic signals through the flow of a controlled medium in the pipeline - 1, connected by its first input to the first output of the memory unit - 10 (to the exit of the first operational storage device - I) and its second input to the output of the source - b ultrasonic signals;
  • - node - 14 calculating the transit time of the ultrasonic signals against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, connected by its first input to the second output of the memory unit - 10 (to the output of the second random access memory - 12) and its second input to the source output - 6 ultrasonic signals ;
  • - node - 15 calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals in the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, connected by its first input to the first output of the memory unit - 10 (to the output of the first random access memory - 11) and its second input to the second output memory block - 10 (to the output of the second random access memory - 12);
  • node - 16 calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals in the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, connected by its first input to the first output of the memory unit - 10 (to the output of the first random access memory - 11), its second input to the second the output of the memory block - 10 (to the output of the second random access memory - 12), with its third input to the first output of the node - 13 calculating the transit time of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium into the pipe water - 1, with its fourth input to the first output of node 15, calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals upstream and downstream of the controlled medium in the pipeline - 1, with its fifth entrance to the source output - 6 ultrasonic signals and its sixth input to the second output of the node - 15 calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1;
  • a functional diagram of a node for calculating the transit time of ultrasonic signals along a flow of a controlled medium in a pipeline contains:
  • multiplier - 20 connected by its first input (output - 21) to the output of the first random access memory - 11 (to the first output of the memory unit - 10); - delay line - 22, connected by its first input (output - 23) to the source output - 6 ultrasonic signals and its second input (through output - 24) to the third output of the shaper - 17 control signals, and by its output to the second input of the multiplier - 20 ; - adder - 25, connected by its input to the output of the multiplier - 20;
  • - random access memory - 26 connected by its first input to the output of the adder - 25 and its second input (through output - 24) to the third output of the shaper - 17 control signals;
  • - peak detector - 27, connected by its input to the output of random access memory - 26, while the output of the peak detector - 27 (output - 28) is the first output of the node - 13 calculating the transit time of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1;
  • a functional diagram for calculating the transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled medium in a pipeline - 1 contains:
  • a converter - 39 codes into a code connected by its input to the output of the peak detector - 38, while its output (output - 40) is the output of the node -
  • FIG. 4 is a functional diagram of a node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals along the flow and against the flow of a controlled medium in a pipeline contains:
  • multiplier - 41 connected by its first input (through output - 42) to the output of the first random access memory - 11 (to the first output of the memory unit - 10);
  • the converter - 50 code to code connected by its input to the output of the peak detector - 48, while the output of the converter - 50 code to code (pin - 51) is the second output of the node - 15 calculating the difference in the transit time of the ultrasonic signals upstream and downstream environment in the pipeline - 1.
  • FIG. 5 is a functional diagram of an additional node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1 contains:
  • the first comparator - 52 connected by its first input (output - 53) to the output of the first random access memory - 11 (to the first output of the memory unit - 10) and its second output to the device body for determining the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline - 1;
  • the second comparator - 54 connected by its first input to the output of the first comparator - 52 and its second input (through the output - 55, through the output - 28 (see, Fig. 2)) to the output of the peak detector - 27 (to the first output of the node - 13 calculation of the transit time of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1;
  • the first key is 57, connected by its control input to the output of the first one-shot - 56, by its first information input (via output - 53) to the output of the first random access memory - 11 (to the first output of the memory block - 10) and its second information input to the case of the device for determining the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline - 1;
  • the first adder - 58 connected by its first input to the output of the second comparator -54 and its second input (through output - 59 and output - 49, see Fig. 4) to the output of the peak detector - 48, i.e. to the first output of the assembly — 15 calculating the difference in the transit time of the ultrasonic signals upstream and downstream of the controlled medium in the pipeline — 1;
  • the second key - 61 connected by its control input to the output of the second one-shot - 60, by its first information input (via output - 62) to the output of the second random access memory - 12 (to the second output of the memory block - 10) and its second information input to the case of the device for determining the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline - 1;
  • the first multiplier - 63 connected by its first input to the output of the first key - 57;
  • the first delay line - 64 connected by its first input (through the phase shifter - 65 and through the output - 66) to the source output - 6 ultrasonic signals, its second input (through the output - 67) to the third output of the shaper - 17 control signals and its output to the second input of the first multiplier - 63;
  • the second adder - 68 connected by its input to the output of the first multiplier - 63;
  • the first random access memory - 69 connected by its first input to the output of the second adder - 68 and its second input (through the output - 67) to the third output of the shaper - 17 control signals;
  • the first interpolator - 70 connected by its input to the output of the first random access memory - 69;
  • the first null detector - 71 connected by its input to the output of the first interpolator - 70; - the first converter - 72 codes into a code connected by its input to the output of the first zero detector - 71;
  • the second delay line - 74 connected by its first input (through the phase shifter - 65 and output - 66) to the output of the source - 6 ultrasonic signals, its second input (through the output - 67) to the third output of the shaper - 17 control signals and its output to the second input of the second multiplier - 73;
  • the second random access memory - 76 connected by its first input to the output of the third adder - 75 and its second input (via output - 67) to the third output of the shaper - 17 control signals;
  • the second interpolator - 77 connected by its input to the output of the second random access memory - 76;
  • the second null detector - 78 connected by its input to the output of the second interpolator - 77;
  • the output of the fourth adder - 80 (output - 82) is the output of an additional node - 16 calculating the difference in the time of passage of ultrasonic signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - one.
  • the first divider - 85 connected by its input to the output of the converter - 84 high frequency sinusoidal voltage in a pulse train of a rectangular shape, while the output of the first divider is 85 (output -
  • the first key - 91 connected with its first information input to the output of the converter - 84 high frequency sinusoidal voltage in a rectangular pulse train, with its second information input to the device body for determining the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline - 1 and its control input to the output of the "OR-HE" circuit - 90, while the output of the first key - 91 (output - 92) is the third output of the shaper - 17 control signals;
  • the first resistor is 95, connected by its first terminal to the positive terminal of the DC voltage source;
  • the first key is 96, connected by its first output to the negative terminal of the DC voltage source and by its second output to the second terminal of the first resistor - 95;
  • the third resistor is 99, connected by its first terminal to the positive terminal of the DC voltage source;
  • the third switch 100 connected with its first output to the negative terminal of the DC voltage source and its second output to the second terminal of the third resistor - 99;
  • the fourth switch - 102 connected by its first output to the negative terminal of the DC voltage source and its second output to the second output of the fourth resistor - 101;
  • the AD5424 microcircuit published in the source ⁇ 2005 Apalog Devices, Ips, can be used.
  • C03160-0-3 / 05 As the first random access memory (without inversion) - 11 and the second random access memory (with inversion) - 12 (memory block - 10) the random access memory CY6264 published in the source can be used Cypress Semicopter Corporation, 1996. 38-00425-A.
  • KP1533IP7 microcircuits can be used together with KP1533KP7 microcircuits, published on pages 121 ...
  • multipliers - 20, 31, 41, 63 and 73 can be used the multipliers described on page 147 in the book ((Digital devices on integrated circuits in the communication technology. "- M .: Communication, 1979, authors Goldenberg L.M. ., Butylsky Yu.T., Pole MH
  • adders - 25, 36, 46, 68 and 75 can be used adders MC74F283, published in the source Motolola, "Fast and LS TTL Data" 4-146.
  • operational memory devices - 26, 37, 47, 69 and 76 can be used random access memory devices CY6264, published in the source "Cypress Semicoption Corporation", 1996. 38-00425-A.
  • KP1533AG-chips can be used, published on page 28 in the manual ((Logical ICs KP1533, KP1554. ”- M .: Binom LLP, 1993, authors I.I. Petrovsky, A.V. Pribysky, A.A. Troyan, V.S. Chuvelev.
  • KP1533LAZ microcircuits published on page 226 in the reference book can be used ((Logical ICs KP1533, KP1554. - M .: Binom LLP, 1993, authors I.I. Petrovsky, A. V.Pribysky, A.A. Troyan, V.S. Chuvelev.
  • adders - 58, 80 and 103 can be used adders MC74F283, published in the source Motolola, "Fast and LS TTL Data" 4-146. .
  • a quartz generator - 83 a quartz generator can be used, described on page 317 in the reference book of Horowitz P., Hill W.
  • KP1533KP16 published on page 211 in the directory “Logic ICs KP1533, KP1554”. - M .: Binom LLP, 1993, authors I.I. Petrovsky, A.V. Pribylsky, A.A. Troyan, V.S. Chuvelev.
  • first, second and third dividers - 85, 87 and 89 can be used chips KP1533IE1, published on page 82 in the directory "Logical ICs KP1533, KP1554". - M .: Binom LLP, 1993, authors I.I. Petrovsky, A.V. Pribylsky, A.A. Troyan, V.S. Chuvelev.
  • the MC68HC711E9 controller can be used, described on page 242 in the reference manual Shagurina II ((Microprocessors and microcontrollers of the company Motorola)) - M .: Radio and communications, 1998.
  • node for calculating the volumetric flow rate of the controlled medium in the pipeline can be implemented either in hardware, in hardware, in software, or in software, for example, using the DSP processor TMS320F28332 published in the source of Texas IPstrumepts. SPRS439-J Liste 2007.
  • control signals are generated by generating a high frequency sinusoidal voltage by a crystal oscillator - 83 (see Fig. 6), converting a high frequency sinusoidal voltage by a transducer - 84 high frequency sinusoidal voltage into a rectangular pulse train, supplying these pulses to the input of the first divider - 85, to the input of the second divider - 87 and to the input of the third divider - 89, which in accordance with the specified division factors provide They have:
  • a sequence of rectangular pulses (see Fig. 7, position 1), which are control signals that come from the output of the first divider - 85 (through the output - 86) to the second input of the first switch - 4, to the third the input of the second switch is 7 and to the second input of the memory block is 10 (to the inverse second input of the second operational storage device - 12 and to the direct second input of the first random access memory - 11);
  • the resulting pulse train of a rectangular shape is fed to the first input of the AND circuit - 88 and to the second input of the OR-HE circuit - 90;
  • the obtained pulse train of a rectangular shape is fed to the second input of the AND circuit -88 and to the first input of the OR-HE circuit - 90.
  • a control signal is generated at its output to control the first key - 91.
  • its output (94 at the output, see Fig. 6) receive rectangular pulses (see Fig. 7, position 6), which are control signals for a digital-to-analog converter - 5 (and fed to its second input), control signals for an analog-to-digital converter - 9 (and fed to its second input), and control signals for the source - 6 st of an ultrasonic signals received at its input (to output - 104, and then at the sixth input of summer - 103, see FIG 8..).
  • the first input of the second switch - 7 receives ultrasonic signals that have passed through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1.
  • node - 13 calculating the transit time of ultrasonic signals in a controlled flow the medium in the pipeline - 1 receives digital codes of ultrasonic signals passing through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1.
  • node - 13 calculating the transit time of ultrasonic signals through the flow of a controlled medium in the pipeline - 1 receives digital codes of ultrasonic signals.
  • node - 13 calculating the transit time of ultrasonic signals along the flow of the controlled medium in the pipeline - 1 control signals are received.
  • the multiplier - 20 carries out pointwise multiplication of the codes received at its first and second inputs.
  • the result of pointwise multiplication is fed to the input of the adder - 25, in which, after summing the products of the corresponding points at its output, the value of the correlation function of the codes of ultrasonic signals transmitted through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and the codes of ultrasonic signals received from the source - 6 ultrasonic signals.
  • random access memory - 26 contains the cross-correlation function of the codes of ultrasonic signals that have passed through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and the code s of ultrasonic signals received from the output of the source - 6 ultrasonic signals, which is fed to the input of the peak detector -
  • the code of the address of the position of the maximum value of the correlation function of the codes of ultrasonic signals that passed through the flow of the controlled medium in the pipeline is 1, and the codes of ultrasonic signals received from the output of the source - 6 ultrasonic signals, goes to the output of node 28 - 13 calculating the transit time of the ultrasonic signals through the flow of controlled Wednesday in pipeline - 1 and to the input of the transducer - 29 codes into a code, the output of which generates a code of time intervals between ultrasonic signals entering the controlled medium of the pipeline - 1, and ultrasonic signals passing through the flow of the controlled medium in the pipeline (i.e., the code corresponding to the transit time of ultrasonic signals along the flow of the controlled medium in the pipeline - 1).
  • node - 14 calculate the transit time of ultrasonic signals against the flow of the controlled environment in the pipeline - 1 receives digital codes of ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1.
  • the multiplier - 31 carries out pointwise multiplication of the codes received at its first and second inputs.
  • the result of pointwise multiplication is fed to the input of the adder - 36, in which, after summing the products of the corresponding points at its output, the value of the correlation function of the codes of ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and the codes of ultrasonic signals received from the source - 6 signals.
  • the control signal (impulse) coming from the third output of the shaper - 17 control signals to the second input of random access memory - 37, the obtained value of the correlation function of the codes is recorded in the cells of random access memory - 37.
  • the random access memory - 37 contains the cross-correlation function of the codes of ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and the codes of ultrasonic signals received from the output of the source - 6 ultrasonic signals, which fed to the input of the peak detector - 38, which determines the address code of the position of the maximum value of the correlation function recorded in the random access memory - 37.
  • the code of the address of the position of the maximum value of the correlation function of the codes of ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline is 1, and the codes of ultrasonic signals received from the output of the source are 6 ultrasonic signals, and it is transmitted to the input of the transducer - 39 codes into a code, the output of which is a code time intervals between ultrasonic signals entering the controlled medium in the pipeline - 1, and ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1 (i.e., the code corresponding to the transit time of ultrasonic signals against the flow of the controlled medium in the pipeline is 1).
  • the codes of ultrasonic signals discretized with a frequency of “fi”, passed through the flow of the controlled medium in the pipeline, 1, are supplied to the first input of the multiplier, 41 (see Fig. 4), and the codes of ultrasonic signals discretized with a frequency of “f ⁇ ” passed against the flow of the controlled medium in the pipeline -1, are fed to the first input of the delay line - 43, controlled by control signals from the third output (from the output - 92, see Fig. 6) of the shaper - 17 control signals with a frequency - "f 1 "(See Fig.
  • the multiplier - 41 carries out pointwise multiplication of the codes received at its first and second inputs.
  • the result of pointwise multiplication is fed to the input of the adder - 46, in which, after summing the products of the corresponding points, its output receives the correlation function of the codes of ultrasonic signals that passed through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and codes of ultrasonic signals that passed against the flow of the controlled medium in pipeline - 1.
  • the random access memory - 47 contains the cross-correlation function of the codes of ultrasonic signals transmitted through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and codes of ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, which is fed to the input of the peak detector - 48, which determines the address code of the position of the maximum value of the correlation function recorded in the random access memory - 47.
  • the codes of the ultrasonic signals that passed through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1 and discretized with a frequency of “f 1 ”, are fed to the first input (53 and then to the first input of the first comparator - 52, see Fig. 5) of an additional unit - 16 calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals in the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1.
  • the resulting array of address codes goes to the first input of the second comparator - 54, to the second input of which (to the output - 55, to the third input of the additional node - 16 calculating the difference in the ultrasonic transit time signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1) from the first output of the node - 13 calculating the transit time of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1 (from the output of the peak detector - 27 (from the output - 28, see Fig. 2 )), the address code of the position of the maximum value of the correlation function recorded in the random access memory is received - 26.
  • the code of the address of the moment of passing through zero the codes of ultrasonic signals passing through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, closest to the address code of the position of the maximum value of the correlation function, will be determined at its output recorded in random access memory - 26 (see Fig. 2).
  • the resulting address code of the moment of zeroing the codes of the ultrasonic signals passing through the flow of the controlled medium in the pipeline is 1, the closest to the address code of the position of the maximum value of the correlation function recorded in the operational memory device-26, is fed to the input of the first one-shot - 56 and starts it.
  • the control signal of the first key - 57 will be generated, the first input of which is given the codes of ultrasonic signals that have passed through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and the second input - a zero signal.
  • the control signal at the output of the first key - 57, a part of the codes of ultrasonic signals sampled with a frequency will be present
  • a control signal of the second key - 61 will be generated, at the first input of which (62 - from the second output of the memory unit - 10, from the first output of the second random access memory - 12, see Fig. 1 ) codes of ultrasonic signals are received that passed against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and to the second input - a zero signal.
  • the output - 62 is the second input of the additional node - 16 calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals in the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1.
  • the delay time of the first delay line is changed — 64 by one time interval, equal to “l / fi”, which ensures the arrival of the first multiplier — 63 signals, phase shifted 90 ° relative to the codes of ultrasonic signals with exit source - 6 ultrasonic signals and sampling frequency intervals delayed by “0 ⁇ N”, depending on the number of the leading edge of the control signal.
  • the first multiplier, 63 carries out pointwise multiplication of the codes received at its first and second inputs.
  • the result of the multiplication of the codes goes to the input of the second adder - 68.
  • the value of the correlation function of the selected part of the codes of ultrasonic signals discretized with a frequency of “fi” passed through the flow of the controlled medium to pipeline - 1 and the delayed signal shifted in phase by 90 ° relative to the codes of ultrasonic signals from the output of the source - 6 ultrasonic signals.
  • the obtained value of the correlation function is entered in the first random access memory - 69.
  • the first random access memory - 69 contains the mutual correlation function of the rows of ultrasonic signals sampled at a frequency - «f! "Passed through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, with a signal shifted in phase by 90 ° relative to the ultrasonic signals from the source - 6 ultrasonic signals.
  • the calculated cross-correlation function up to a constant factor, is equal to the sine of the delay value of the signal passing through the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, relative to the codes of the ultrasonic source signals - 6 ultrasonic signals, therefore, the intersection of the zero-level mutual correlation function will occur at the time corresponding to zero the delay between the received codes of the ultrasonic signals passing through the flow of the controlled medium in the pipeline is 1, and the signal shifted along 90 ° phase relative to the codes of ultrasonic signals from the source output - 6 ultrasonic signals.
  • the obtained discretized cross-correlation function arrives at the input of the first interpolator - 70, which increases the sampling rate of the mutual correlation function to "m-fi", where "m""l.
  • the output signal of the first interpolator - 70 is fed to the input of the first null detector - 71, which determines the code of the reference address of the oversampled cross-correlation function from the reference value closest to zero.
  • the delay time of the second delay line is changed - 74 by one time interval, equal to “1 / fi”, which ensures the arrival of the second multiplier - 73 signal, phase shifted 90 ° relative to the codes of ultrasonic signals with source output - 6 ultrasonic signals delayed by “0 ⁇ N” sampling frequency intervals, depending on the number of the leading edge of the control signal.
  • the second multiplier, 73 carries out pointwise multiplication of the codes received at its first and second inputs.
  • the result of the multiplication of the codes goes to the input of the third adder - 75.
  • the value of the correlation function of the selected part of the codes of ultrasonic signals discretized with a frequency of "f 1 " passed against the flow of the controlled medium will be calculated in the pipeline - 1, and the delayed signal shifted in phase by 90 ° relative to the codes of ultrasonic signals from the source output - 6 ultrasonic signals.
  • the obtained value of the correlation function is entered into the second random access memory - 76.
  • the second random access memory - 76 contains mutual correlation hydrochloric function part codes of ultrasonic signals, sampled with a frequency of - «f 1" that have passed against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, with a signal sdvinutm in phase by 90 ° relative to the codes of ultrasonic signals from the source output - 6 ultrasound signals.
  • the calculated cross-correlation function up to a constant factor, is equal to the sine of the signal delay value relative to the codes of the ultrasonic source signals - 6 ultrasonic signals, therefore, the intersection of the zero-level mutual correlation function will occur at the time corresponding to the zero delay between the received codes ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1, and a signal phase-shifted 90 ° relative to the codes of ultrasonic signals from the source output - 6 ultrasonic signals.
  • the obtained discretized cross-correlation function is fed to the input of the second interpolator - 77, which increases the sampling frequency of the cross-correlation function to "m-fi", where "m" "l.
  • the output signal of the second interpolator - 77 is fed to the input of the second zero detector - 78, which determines the code of the reference address of the oversampled cross-correlation function from the reference value closest to zero.
  • the code of the reference address of the resampled cross-correlation function, which is closest to zero, is fed to the input of the second transducer - 79 code into the code, the output of which is the code for the delay time of the codes of ultrasonic signals that passed against the flow of the controlled medium in the pipeline - 1 within one sampling frequency interval - “fi”, according to the ratio:
  • the time code AT 1 receives the delay of ultrasonic signals passing through the flow of the controlled medium in the pipeline — 1 inside one sampling frequency interval — “f ⁇ ”; From the output of the second transducer — 79 code — into the code, the second (inverse) input of the fourth adder — 80 receives the delay time code AT 2 of ultrasonic signals transmitted against the flow of the controlled medium in the pipeline — 1 inside one sampling frequency interval — fi.
  • AT is the code of the exact difference in the time intervals between the ultrasonic signals that have passed through and against the flow of the controlled medium in the pipeline
  • AT 0 is the code of the difference in the transit time of ultrasonic signals that have passed along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline
  • AT 1 is the time code for the passage of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline within one interval of the sampling frequency "fj";
  • AT 2 is the time code for the passage of ultrasonic signals against the flow of the controlled medium in the pipeline within one interval of the sampling frequency - "fi".
  • the latter calculates the volumetric flow rate (Q) of the controlled medium in the pipeline - 1 according to the formula:
  • T x - T) (T 2 - T) ⁇ is the code of the exact difference in the transit time of the ultrasonic signals along the flow and against the flow of the controlled medium in the pipeline;
  • T 1 is the time code of the passage of ultrasonic signals through the flow of the controlled medium in the pipeline;
  • T 2 code transit time of ultrasonic signals against the flow of a controlled environment in the pipeline;
  • ⁇ is a constant depending on the geometry of the sizes and materials of the transceiver emitters of ultrasonic signals;
  • k - coefficient of proportionality, depending on the geometric dimensions in the pipeline -1.
  • the proposed device for determining the volumetric flow rate of a controlled medium in a pipeline allows taking into account the use of the correlation method of measurement, and taking into account the increase in the sampling frequency with the help of interpolators, and taking into account the use of an additional node for calculating the difference in the transit time of ultrasonic signals transmitted through and against the stream controlled environment in the pipeline, to obtain a more accurate calculation of the delay time difference of the digital codes of ultrasonic signals, dshih downstream and upstream of the controlled medium in the pipeline, and to receive, ultimately, a higher accuracy when determining the volume flow of the controlled medium in the pipeline.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Устройство предназначено для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе (1). На первый (2) и второй (3) приёмопередающие излучатели поочередно подают ультразвуковые колебания Ультразвуковые сигналы после прохождения по потоку и против потока усиливают усилителем (8). Преобразуют преобразователем (9) в цифровые коды и записывают в блоке памяти (10). Узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку (13) осуществляет вычисление времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку. Узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока (14) осуществляет вычисление времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока. Узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока (15) осуществляет вычисление предварительной оценки значения разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока. Дополнительный узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока (16) осуществляет вычисление уточнённого значения разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока. Высокая точность определения объёмного расхода обеспечивается за счёт использования дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, и за счёт применения корреляционного способа изме ения и за счёт повышения частоты диск етизации с помощью интерполяторов.

Description

Устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе
Предлагаемое техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано для более точного определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе.
Аналогичные технические решения известны, см., например, патент Российской Федерации JNЬ216O887, МКИ: GOl F - 1/66. Известное решение содержит:
- трубопровод с контролируемой средой; - первый приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- второй приёмопередающей излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой со смещением относительно первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов; — коммутатор, подсоединённый своим первым и вторым входами к выводам первого и второго приемопередающего излучателя ультразвуковых сигналов соответственно;
- усилитель ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу коммутатора; - компаратор, подсоединённый своим первым входом к выходу усилителя ультразвуковых сигналов;
- схему «ИЛИ», подсоединённую своим первых входом к выходу компаратора;
- первый одновибратор, подсоединённый своим входом к выходу схемы «ИЛИ»;
- первую схему «И», подсоединённую своим первым входом к выходу первого одновибратора;
- второй одновибратор, подсоединённый своим входом к выходу первого одновибратора;
- вторую схему «И», подсоединённую своим первым входом к выходу первого одновибратора; - первый источник ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу первой схемы «И» и своим выходом ко входу первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов; - второй источник ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу второй схемы «И» и своим выходом ко входу второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов;
- третью схему «И»; - счётчик импульсов, подсоединённый своим первым входом к выходу третьей схемы, «И» и своим выходом к первому входу третьей схемы «И»;
- регистр последовательного приближения кода, подсоединенный своим первым входом к выходу счётчика импульсов;
- вычитающее устройство, подсоединённое своим первым входом к выходу регистра последовательного приближения кода;
- цифроаналоговый преобразователь, подсоединённый своим входом к выходу вычитающего устройства и своим выходом ко второму входу компаратора;
- формирователь управляющих сигналов, реализованный программно-аппаратными средствами на базе устройства микропроцессорного управления, подсоединённого своим первым выходом ко вторым входам первой и второй схемы «И» и к третьему управляющему входу коммутатора, своим вторым выходом ко второму входу схемы «ИЛИ», ко второму входу счётчика импульсов и к третьему входу регистра последовательного приближения кода, своим третьим выходом ко второму входу регистра последовательного приближения кода, своим четвёртым выходом ко второму входу вычитающего устройства, своим первым входом к выходу регистра последовательного приближения входа и своим вторым входом через двунаправленную шину к третьему входу компаратора, к выходу второго одновибратора и к второму входу третьей схемы «И»;
- узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, реализованный программно-аппаратными средствами на базе устройства микропроцессорного управления;
- узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, реализованный программно-аппаратными средствами на базе устройства микропроцессорного управления; - узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, реализованный программно-аппаратными средствами на базе устройства микропроцессорного управления; - узел определения (вычисления) объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, реализованный программно-аппаратными средствами на базе устройства микропроцессорного управления.
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного аналогичного технического решения являются:
- трубопровод с контролируемой средой;
- первый приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- второй приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой со смещением относительно первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов;
- коммутатор, подсоединённый своим первым и вторым входами к выводам первого и второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов соответственно ; - усилитель ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу коммутатора;
- источник ультразвуковых сигналов;
- цифроаналоговый преобразователь;
- формирователь управляющих сигналов, подсоединённый своим первым выходом к третьему управляющему входу коммутатора;
- узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе;
- узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе; - узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе;
- узел определения (вычисления) объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе;
Известно также аналогичное техническое решение, выбранное в качестве прототипа (см., авторское свидетельство на изобретение СССР N° 918790), которое содержит:
- трубопровод с контролируемой средой; - первый приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- второй приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой со смещением относительно первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов;
- источник ультразвуковых сигналов, выполненный в виде синхронизируемого автогенератора, блока задержки, подсоединённого своим входом к выходу синхронизируемого автогенератора, и высоковольтного формирователя импульсов, подсоединённого своим входом к выходу блока задержки, и подсоединённый своим первым выходом к выводу первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов и своим вторым выходом к выводу второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов;
- первый коммутатор, подсоединённый своим первым входом к выводу первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов; - первый блок управления, подсоединённый своим выходом к второму управляющему входу первого коммутатора;
- второй коммутатор, подсоединённый своим первым входом к выводу второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов;
- второй блок управления, подсоединённый своим выходом к второму управляющему входу второго коммутатора;
- первый усилитель ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу первого коммутатора;
- первый преобразователь ультразвуковых сигналов в пачки импульсов прямоугольной формы, соответствующих времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, и подсоединённый своим входом к выходу первого усилителя ультразвуковых сигналов;
- узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, выполненной на базе первого блока стробирования, подсоединённого своим входом к выходу первого преобразователя ультразвуковых сигналов в пачки импульсов прямоугольной формы;
- второй усилитель ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу второго коммутатора; - второй преобразователь ультразвуковых сигналов в пачки импульсов прямоугольной формы, соответствующих времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, и подсоединённый своим входом к выходу второго усилителя ультразвуковых сигналов. - узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, выполненный на базе второго блока стробирования, подсоединённого своим входом к выходу второго преобразователя ультразвуковых сигналов в пачки импульсов прямоугольной формы и своим выходом к входу синхронизируемого автогенератора источника ультразвуковых сигналов;
- блок выделения разности времени задержки между ультразвуковыми сигналами, прошедшими по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённый своим первым входом к выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе и своим вторым входом к выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе;
- формирователь модулирующих импульсов, подсоединённый своим входом к выходу первого преобразователя ультразвуковых сигналов в пачки импульсов прямоугольной формы;
- первый демодулятор (фильтр нижних частот), подсоединённый своим входом к выходу блока выделения разности времени задержки;
- модулятор, подсоединённый своим первым входом к выходу формирователя модулирующих сигналов и своим вторым входом к выходу первого демодулятора; - второй демодулятор (фильтр нижних частот), подсоединённый своим входом к выходу модулятора;
- масштабный усилитель (вычислитель сигнала, пропорционального расходу контролируемой среды в трубопроводе), подсоединённый своим входом к выходу второго демодулятора (фильтр нижних частот). Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного аналогичного технического решения (прототипа) являются:
- трубопровод с контролируемой средой; - первый приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- второй приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой; - источник ультразвуковых сигналов;
- первый коммутатор;
- второй коммутатор, подсоединённый одним своим входом к выводу второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов;
- формирователь управляющих сигналов (блок управления), подсоединённый своим первым выходом к управляющему (третьему) входу второго коммутатора;
- усилитель ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу второго коммутатора;
- узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе; - узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе;
- узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе;
- узел определения (вычисления) объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из вышеохарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в снижении погрешности вычислений разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе.
Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что сложившаяся практика при определении разности между измеренными значениями времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе и измеренными значениями времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, предусматривает в основном сравнение этих измеренных значений и получение их разности, которая не обеспечивает достаточно точного измерения этой разности и, в конечном итоге, не обеспечивает более точное
- б - определение объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, а поиску других альтернативных решений должного внимания не уделялось.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача по созданию средств для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, имеющих более высокую точность, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, содержащее трубопровод с контролируемой средой, первый приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой, второй приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой, со смещением по направлению потока контролируемой среды в трубопроводе,, источник ультразвуковых сигналов, первый коммутатор, второй коммутатор, подсоединённый одним своим (вторым) входом к выводу второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов, формирователь управляющих сигналов, подсоединённый своим первым выходом к управляющему входу второго коммутатора, усилитель ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу второго коммутатора, узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе и узел определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, снабжено цифроаналоговым преобразователем, подсоединённым своим первым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов, своим вторым входом к второму выходу формирователя управляющих сигналов и своим выходом к первому входу первого коммутатора, подсоединённого своим управляющим (вторым) входом к первому выходу формирователя управляющих сигналов, своим первым выходом к выводу первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов и своим вторым выходом к выводу второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов, подсоединённому к другому (первому) входу второго коммутатора, аналогоцифровым преобразователем, подсоединённым своим первым входом к выходу усилителя ультразвуковых сигналов, блоком памяти, подсоединённым своим первым входом к выходу аналогоцифрового преобразователя, подсоединённого своим вторым входом к второму выходу формирователя управляющих сигналов, своим вторым входом к первому выходу формирователя управляющих сигналов, своим первым выходом к первому входу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов и своим третьим входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов, своим вторым выходом к первому входу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов и своим третьим входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов, к первому входу узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к второму выходу блока памяти и своим третьим входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов, и дополнительным узлом вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённым своим первым входом к первому выходу блока памяти, своим вторым входом к второму выходу блока памяти, своим третьим входом к первому выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, своим четвёртым входом к первому выходу узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, своим пятым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов, своим шестым входом к второму выходу узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, своим седьмым входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов и своим выходом к первому входу узла вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе и своим третьим входом к второму выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе.
Введение цифроаналогового преобразователя, аналогоцифрового преобразователя, блока памяти и дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе и их подсоединения, как указано выше, позволяет осуществить преобразование цифровых сигналов, поступающих с выхода источника ультразвуковых сигналов, в аналоговые ультразвуковые сигналы и обеспечить их поочерёдную подачу через первый управляемый коммутатор на первый и второй приёмопередающие излучатели ультразвуковых сигналов, которые, пройдя по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе через второй управляемый коммутатор поступают поочередно на вход усилителя ультразвуковых сигналов, а после усиления поступают на вход аналогоцифрового преобразователя, с выхода которого цифровые коды ультразвуковых сигналов прошедших по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе заносятся в соответствии с управляющими сигналами, поступающими с первого выхода формирователя управляющих сигналов, в соответствующие ячейки блока памяти, из которых: - в соответствии с управляющими сигналами, поступающими с третьего выхода формирователя управляющих сигналов на третий вход узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, а также в зависимости от цифровых сигналов, поступающих с выхода источника ультразвуковых сигналов на второй вход узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, и в зависимости от цифровых кодов, поступающих с первого выхода блока памяти на первый вход узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе осуществляют с помощью корреляционной обработки вычисление цифровых кодов, соответствующих времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе (T1) и адресу положения максимального значения корреляционной функции (AT1); - в соответствии с управляющими сигналами, поступающими с третьего выхода формирователя управляющих сигналов на третий вход узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, а также в зависимости от цифровых сигналов, поступающих с выхода источника ультразвуковых сигналов на второй вход узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, и в зависимости от цифровых кодов, поступающих с второго выхода блока памяти на первый вход узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, осуществляют с помощью корреляционной обработки вычисление цифровых кодов, соответствующих основному времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе
(T2);
- в соответствии с управляющими сигналами, поступающим с третьего выхода формирователя управляющих сигналов на третий вход узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, а также в зависимости от цифровых кодов, поступающих с первого и с второго выходов блока памяти на первый и второй входы узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, осуществляют с помощью корреляционной обработки вычисление цифровых кодов, соответствующих предварительным (грубым) значениям разности времени Δ T0 прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе и адресу положения максимального значения корреляционной функции (A A T0);
- в соответствии с управляющими сигналами, поступающими с третьего выхода формирователя управляющих сигналов на седьмой вход дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, а также в соответствии с сигналами, поступающими: на первый вход дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе с первого выхода блока памяти; • на второй вход дополнительного узла вычитания разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе со второго выхода блока памяти;
• на третий вход дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе с первого выхода узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе;
• на четвёртый вход дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе с первого выхода узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе;
• на пятый вход дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе с выхода источника ультразвуковых сигналов; на шестой вход дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе с второго выхода узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе осуществляют, с учётом использования корреляционного способа измерения и с учётом повышения частоты дискретизации с помощью интерполяторов, получение более точного значения разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе. А последующее поступление цифрового кода, соответствующего более точному значению разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, на первый вход узла вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, а также поступление с выхода узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе на второй вход узла вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе цифровых кодов, соответствующих времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе (T2), и поступление с второго выхода узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе на третий вход узла вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе цифровых кодов, соответствующих времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе (T1), обеспечивает определение
(вычисление) по определённой формуле объёмного расхода контролируемой среды с более высокой точностью.
В чём и проявляется достижение вышеуказанного технического результата. Проведённый анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности, так и отличительных признаков предлагаемого технического решения, что позволило сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям патентоспособности «нoвизнa» и «изoбpeтaтeльcкий ypoвeнь».
Предлагаемое устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе поясняется нижесле дующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе; на фиг. 2 представлена функциональная схема узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе; на фиг. 3 представлена функциональная схема узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, на фиг. 4 представлена функциональная схема узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе; на фиг. 5 представлена функциональная схема дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе; на фиг. 6 представлена функциональная схема формирователя управляющих сигналов; на фиг. 7 приведены временные диаграммы, поясняющие работу формирователя управляющих сигналов, и на фиг. 8 представлена функциональная схема источника ультразвуковых сигналов.
Предлагаемое устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе (см., фиг. 1-a и фиг. l-б) содержит: - трубопровод- 1 с контролируемой средой; - первый приёмопередающий излучатель - 2 ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе - 1 с контролируемой средой;
- второй приёмопередающий излучатель - 3 ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе - 1 с контролируемой средой со смещением по направлению потока контролируемой среды относительно первого приёмопередающего излучателя - 2 ультразвуковых сигналов;
- первый коммутатор - 4, подсоединённый своим первым выходом к выводу первого приёмопередающего излучателя - 2 ультразвуковых сигналов и своим вторым выходом к выводу второго приёмопередающего излучателя - 3 ультразвуковых сигналов;
- цифроаналоговый преобразователь - 5, подсоединённый своим выходом к первому входу первого коммутатора - 4;
- источник - 6 ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим выходом к первому входу цифроаналогового преобразователя - 5; - второй коммутатор - 7, подсоединённый одним своим (вторым) входом к выводу второго приёмопередающего излучателя - 3 ультразвуковых сигналов и другим своим (первым) входом к выводу первого приёмопередающего излучателя - 2 ультразвуковых сигналов.
- усилитель ультразвуковых сигналов с автоматической регулировкой усиления - 8, подсоединённый своим входом к выходу второго коммутатора - 7;
- аналогоцифровой преобразователь - 9, подсоединённый своим первым входом к выходу усилителя ультразвуковых сигналов с автоматической регулировкой усиления - 8;
- блок памяти - 10, выполненный в виде первого оперативного запоминающего устройства - 11, подсоединённого своим первым входом (первый вход блока памяти - 10) к выходу аналогоцифрового преобразователя 9, и второго оперативного запоминающего устройства - 12, подсоединённого своим первым входом (первый вход блока памяти - 10) к выходу аналогоцифрового преобразователя - 9, - узел - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, подсоединённый своим первым входом к первому выходу блока памяти - 10 (к выходу первого оперативного запоминающего устройства - И) и своим вторым входом к выходу источника - б ультразвуковых сигналов;
— узел - 14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, подсоединённый своим первым входом к второму выходу блока памяти - 10 (к выходу второго оперативного запоминающего устройства - 12) и своим вторым входом к выходу источника - 6 ультразвуковых сигналов;
- узел - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, подсоединённый своим первым входом к первому выходу блока памяти - 10 (к выходу первого оперативного запоминающего устройства - 11) и своим вторым входом к второму выходу блока памяти - 10 (к выходу второго оперативного запоминающего устройства - 12);
- дополнительный узел - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 , подсоединённый своим первым входом к первому выходу блока памяти - 10 (к выходу первого оперативного запоминающего устройства - 11), своим вторым входом к второму выхода блока памяти - 10 (к выходу второго оперативного запоминающего устройства - 12), своим третьим входом к первому выходу узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, своим четвёртым входом к первому выходу узла 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, своим пятым входом к выходу источника - 6 ультразвуковых сигналов и своим шестым входом к второму выходу узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
— формирователь управляющих сигналов - 17, подсоединенный своим первым выходом к второму управляющему (второму) входу первого коммутатора - 4, к третьему управляющему входу второго коммутатора - 7, к второму прямому (не инверсному) входу первого оперативного запоминающего устройства - 11 (второй вход блока памяти - 10) и к второму (инверсному) входу второго оперативного запоминающего устройства — 12 (второй вход блок памяти - 10), своим вторым выходом к входу источника - 6 ультразвуковых сигналов, к второму входу цифроаналогового преобразователя - 5 и к второму входу аналогоцифрового преобразователя - 9 и своим третьим выходом к седьмому входу дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, к третьему входу узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, к третьему входу узла - 14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 и к третьему входу узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
— узел определения (вычисления) - 18 объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1, подсоединённый своим первым входом к выходу дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, своим вторым входом к выходу узла - 14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 и своим третьим входом к второму выходу узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
— узел индикации - 19 объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1, подсоединенный своим входом к выходу узла определения (вычисления) - 18 объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1.
Приведённая на фиг. 2 функциональная схема узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе содержит:
— умножитель - 20, подсоединённый своим первым входом (выводом - 21) к выходу первого оперативного запоминающего устройства - 11 (к первому выходу блока памяти - 10); - линию задержки - 22, подсоединённую своим первым входом (выводом - 23) к выходу источника - 6 ультразвуковых сигналов и своим вторым входом (через вывод - 24) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов, а своим выходом к второму входу умножителя - 20; - сумматор - 25, подсоединённый своим входом к выходу умножителя - 20;
- оперативное запоминающее устройство - 26, подсоединённое своим первым входом к выходу сумматора - 25 и своим вторым входом (через вывод - 24) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов; — пиковый детектор - 27, подсоединённый своим входом к выходу оперативного запоминающего устройства - 26, при этом выход пикового детектора - 27 (вывод - 28) является первым выходом узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
- преобразователь кода в код - 29, подсоединённый своим входом к выходу пикового детектора - 27, при этом вывод - 30 является вторым выходом узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
Приведённая на фиг. 3 функциональная схема вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 содержит:
- умножитель - 31, подсоединённый своим первым входом (через вывод - 32) к выходу второго оперативного запоминающего устройства - 12 (к второму выходу ' блока памяти - 10);
- линию задержки - 33, подсоединённую своим первым входом (выводом - 34) к выходу источника - 6 ультразвуковых сигналов и своим вторым входом (через вывод - 35) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов, а своим выходом к второму входу умножителя - 31;
- сумматор - 36, подсоединённый своим входом к выходу умножителя - 31;
- оперативное запоминающее устройство - 37, подсоединённое своим первым входом к выходу сумматора - 36 и своим вторым входом (через вывод -35) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов;
- пиковый детектор - 38, подсоединённый своим входом к выходу оперативного запоминающего устройства - 37;
- преобразователь - 39 кода в код, подсоединённый своим входом к выходу пикового детектора - 38, при этом его выход (вывод - 40) является выходом узла -
14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе. Приведённая на фиг. 4 функциональная схема узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе содержит:
- умножитель - 41, подсоединённый своим первым входом (через вывод - 42) к выходу первого оперативного запоминающего устройства — 11 (к первому выходу блока памяти - 10);
- линию задержки - 43, подсоединённую своим первым входом (выводом - 44) к выходу второго оперативного запоминающего устройства - 12 (к второму выходу блока памяти - 10) и своим вторым входом (через вывод - 45) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов, а своим выходом к второму входу умножителя 41;
- сумматор - 46, подсоединённый своим входом к выходу умножителя - 41;
- оперативное запоминающее устройство - 47, подсоединённое своим первым входом к выходу сумматора - 46 и своим вторым входом (через вывод - 45) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов;
- пиковый детектор - 48, подсоединённый своим входом к выходу оперативного запоминающего устройства - 47, при этом выход пикового детектора — 48 (вывод - 49) является первым выходом узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
- преобразователь - 50 кода в код, подсоединённый своим входом к выходу пикового детектора - 48, при этом выход преобразователя - 50 кода в код (вывод - 51) является вторым выходом узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
Приведённая на фиг. 5 функциональная схема дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 содержит:
- первый компаратор - 52, подсоединённый своим первым входом (выводом - 53) к выходу первого оперативного запоминающего устройства - 11 (к первому выходу блока памяти - 10) и своим вторым выводом к корпусу устройства для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 ; — второй компаратор - 54, подсоединённый своим первым входом к выходу первого компаратора - 52 и своим вторым входом (через вывод - 55, через вывод - 28 (см., фиг. 2)) к выходу пикового детектора - 27 (к первому выходу узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
— первый одновибратор - 56, подсоединённый своим входом к выходу второго компаратора - 54;
— первый ключ - 57, подсоединённый своим управляющим входом к выходу первого одновибратора - 56, своим первым информационным входом (через вывод - 53) к выходу первого оперативного запоминающего устройства - 11 (к первому выходу блока памяти - 10) и своим вторым информационным входом к корпусу устройства для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
— первый сумматор - 58, подсоединённый своим первым входом к выходу второго компаратора -54 и своим вторым входом (через вывод - 59 и вывод - 49, см. фиг. 4) к выходу пикового детектора — 48, т.е. к первому выходу узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
— второй одновибратор - 60, подсоединённый своим входом к выходу первого сумматора - 58;
— второй ключ - 61, подсоединённый своим управляющим входом к выходу второго одновибратора - 60, своим первым информационным входом (через вывод - 62) к выходу второго оперативного запоминающего устройства - 12 (к второму выходу блока памяти - 10) и своим вторым информационным входом к корпусу устройства для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 ;
— первый умножитель - 63, подсоединённый своим первым входом к выходу первого ключа - 57;
— первая линия задержки - 64, подсоединённая своим первым входом (через фазовращатель - 65 и через вывод - 66) к выходу источника - 6 ультразвуковых сигналов, своим вторым входом (через вывод - 67) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов и своим выходом ко второму входу первого умножителя - 63; - второй сумматор - 68, подсоединённый своим входом к выходу первого умножителя - 63;
- первое оперативное запоминающее устройство - 69, подсоединённое своим первым входом к выходу второго сумматора - 68 и своим вторым входом (через вывод - 67) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов;
- первый интерполятор - 70, подсоединённый своим входом к выходу первого оперативного запоминающего устройства - 69;
- первый нуль-детектор - 71, подсоединённый своим входом к выходу первого интерполятора - 70; — первый преобразователь - 72 кода в код, подсоединённый своим входом к выходу первого нуль- детектора - 71;
- второй умножитель - 73, подсоединённый своим первым входом к выходу второго ключа - 61;
- вторая линия задержки - 74, подсоединённая своим первым входом (через фазовращатель - 65 и вывод - 66) к выходу источника - 6 ультразвуковых сигналов, своим вторым входом (через вывод - 67) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов и своим выходом ко второму входу второго умножителя - 73;
- третий сумматор - 75, подсоединённый своим входом к выходу второго умножителя - 73;
- второе оперативное запоминающее устройство - 76, подсоединённое своим первым входом к выходу третьего сумматора - 75 и своим вторым входом (через вывод - 67) к третьему выходу формирователя - 17 управляющих сигналов;
- второй интерполятор - 77, подсоединённый своим входом к выходу второго оперативного запоминающего устройства - 76;
- второй нуль- детектор - 78, подсоединённый своим входом к выходу второго интерполятора - 77;
- второй преобразователь кода в код - 79, подсоединённый своим входом к выходу второго нуль- детектора - 78; - четвёртый сумматор - 80, подсоединённый своим первым входом к выходу первого преобразователя кода в код - 72, своим вторым инверсным входом к выходу второго преобразователя кода в код - 79 и своим третьим входом (через вывод - 81 и через вывод - 51, см., фиг.4.) к второму выходу узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе 1. При этом выход четвертого сумматора — 80 (вывод - 82) является выходом дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
Представленная на фиг. 6 функциональная схема формирователя - 17 управляющих сигналов содержит:
- кварцевый генератор - 83 синусоидального напряжения высокой частоты;
- преобразователь - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы, подсоединённый своим входом к выходу кварцевого генератора - 83 синусоидального напряжения высокой частоты;
- первый делитель - 85, подсоединённый своим входом к выходу преобразователя - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы, при этом выход первого делителя - 85 (вывод -
86) является первым выходом формирователя - 17 управляющих сигналов;
- второй делитель - 87, подсоединённый своим входом к выходу преобразователя - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы; - схема «И» - 88, подсоединённая своим первым входом к выходу второго делителя - 87;
- третий делитель - 89, подсоединённый своим входом к выходу преобразователя - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы и своим выходом ко второму входу схемы «И» - 88;
- схема «ИЛИ-HE» - 90, подсоединённая своим первым входом к выходу третьего делителя - 89 и своим вторым входом к выходу второго делителя - 87;
- первый ключ - 91, подсоединённый своим первым информационным входом к выходу преобразователя - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы, своим вторым информационным входом к корпусу устройства для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 и своим управляющим входом к выходу схемы «ИЛИ-HE» - 90, при этом выход первого ключа - 91 (вывод - 92) является третьим выходом формирователя - 17 управляющих сигналов;
- второй ключ - 93, подсоединённый своим первым информационным входом к выходу преобразователя - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы, своим вторым информационным входом к корпусу устройства для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 и своим управляющим входом к выходу схемы «И» - 88, при этом выход второго ключа - 93 (вывод - 94) является вторым выходом формирователя - 17 управляющих сигналов. Приведённый на фиг.7 временные диаграммы формирователя управляющих сигналов имеют нижеследующие обозначения:
- «1 » - импульсы прямоугольной формы на выходе первого делителя - 85 (вывод - 86);
- «2» - импульсы прямоугольной формы на выходе второго делителя - 87; - «3» - импульсы прямоугольной формы на выходе третьего делителя - 89;
- «4» - импульсы прямоугольной формы на управляющем входе второго ключа - 93;
- «5» - импульсы прямоугольной формы на управляющем входе первого ключа - 91 ;
- «6» - импульсы прямоугольной формы на выходе второго управляемого ключа - 93 (вывод - 94); - «7» - импульсы прямоугольной формы на выходе первого управляемого ключа - 91 (вывод - 92).
Приведённая на фиг. 8 функциональная схема источника - 6 ультразвуковых сигналов содержит:
- источник постоянного напряжения (позиция источника постоянного напряжения на фиг.8 не обозначена);
- первый резистор - 95, подсоединённый своим первым выводом к положительному выводу источника постоянного напряжения;
- первый ключ - 96, подсоединённый своим первым выводом к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и своим вторым выводом к второму выводу первого резистора - 95;
- второй резистор - 97, подсоединённый своим первьм выводом к положительному выводу источника постоянного напряжения; - второй ключ - 98, подсоединённый своим первым выводом к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и своим вторым выводом к второму выводу второго резистора - 97;
- третий резистор - 99, подсоединённый своим первым выводом к положительному выводу источника постоянного напряжения;
- третий ключ 100, подсоединённый своим первым выводом к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и своим вторым выводом к второму выводу третьего резистора - 99;
- четвёртый резистор - 101, подсоединённый своим первым выводом к положительному выводу источника постоянного напряжения;
- четвёртый ключ - 102, подсоединённый своим первым выводом к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и своим вторым выводом к второму выводу четвёртого резистора - 101;
- сумматор - 103, подсоединённый своими первым, вторым, третьим и четвёртым входами соответственно к вторым выводам первого, второго, третьего и четвёртого ключей - 96, 98,100 и 102, своим пятым входом к выходу сумматора - 103 и своим шестым входом (через вывод - 104, через вывод - 94 (см. фиг. 6)) к второму выходу формирователя — 17 управляющих сигналов;
- узел памяти - 105, подсоединённый своим входом к выходу сумматора - 104, при этом выход узла памяти - 105 (вывод 106) является выходом источника - 6 ультразвуковых сигналов.
В качестве цифроаналогового преобразователя - 5 может быть использована микросхема AD5424, опубликованная в источнике ©2005 Апаlоg Dеviсеs, Iпс. C03160- 0-3/05(A) В качестве первого оперативного запоминающего устройства (без инверсии) - 11 и второго оперативного запоминающего устройства (с инверсией) - 12 (блока памяти - 10) может быть использовано оперативное запоминающее устройство CY6264, опубликованное в источнике «Cypress Sеmiсопduсtоr Corporation», 1996. 38- 00425-A. В качестве управляемых линий задержки - 22, 33, 43, 64 и 74 могут быть использованы микросхемы KP1533ИP7 совместно с микросхемами KP1533KП7, опубликованные на стр. 121...194 в справочнике «Лoгичecкиe ИС KP1533, KP1554». - M.: ТОО "Бином", 1993, авторы И.И.Петровский, А.В.Прибьшьский, А.А.Троян, В.С.Чувелев.
В качестве умножителей - 20, 31, 41, 63 и 73 могут быть использованы умножители, описанные на стр. 147 в книге ((Цифровые устройства на интегральных схемах в технике cвязи». - M.: Связь, 1979, авторы Гольденберг Л.M., Бутыльский Ю.T., Поляк M.H.
В качестве сумматоров - 25, 36, 46, 68 и 75 могут быть использованы сумматоры MC74F283, опубликованные в источнике Моtоrоlа, "Fаst and LS TTL Dаtа" 4-146. В качестве оперативных запоминающих устройств - 26, 37, 47, 69 и 76 могут быть использованы оперативные запоминающие устройства CY6264, опубликованные в источнике «Cypress Sеmiсопduсtоr Corporation», 1996. 38-00425-A.
В качестве первого и второго интерполяторов - 70 и 77 могут быть использованы интерполяторы, описанные на стр. 633 в книге Айфичер, Эммануил С, Джервис, Барри У. ((Цифровая обработка сигналов: практический подход », 2-е издание.: Пер. с англ. - M.: Издательский дом "Вильяме", 2004.
В качестве преобразователей кода в код - 29, 39, 50, 72 и 79 могут быть использованы преобразователи кода в код, описанные на стр. 318 в справочнике Титце У., Шенк К. ((Полупроводниковая схемотехника)) Пер. с нем. - M.: Мир, 1982. В качестве первого и второго компараторов - 52 и 54 могут быть использованы микросхемы SN74LS682, опубликованные в источнике Моtоrоlа, "Fаst and LS TTL Dаtа" 5-60.
В качестве первого и второго одновибраторов - 56 и 60 могут быть использованы микросхемы KP1533AГЗ, опубликованные на стр. 28 в справочнике ((Логические ИС KP1533, KP1554». - M.: ТОО "Бином", 1993, авторы И.И.Петровский, А.В.Прибьшьский, А.А.Троян, В.С.Чувелев.
В качестве схемы «И»-88 могут быть использованы микросхемы KP1533ЛAЗ, опубликованные на стр. 226 в справочнике ((Логические ИС KP1533, KP1554». - M.: ТОО "Бином", 1993, авторы И.И.Петровский, А.В.Прибьшьский, А.А.Троян, В.С.Чувелев.
В качестве схемы «ИЛИ-HE»-90 могут быть использованы микросхемы KP1533ЛЛ1, публикованные на стр. 268 в справочнике ((Логические ИС KP1533, KP1554». - M.: ТОО "Бином", 1993, авторы И.И.Петровский, А.В.Прибыльский, А.А.Троян, В.С.Чувелев.
В качестве сумматоров - 58, 80 и 103 могут быть использованы сумматоры MC74F283, опубликованные в источнике Моtоrоlа, "Fаst and LS TTL Dаtа" 4-146. . В качестве кварцевого генератора - 83 может быть использован кварцевый генератор, описанный на стр. 317 в справочнике Хоровиц П., Хилл У.
«Иcкyccтвo cxeмoтexники» Т.l. Пер. с англ. - 4-е изд. Перераб. И доп. - M.: Мир, 1993.
В качестве нуль- детекторов - 71 и 78 могут быть использованы микросхемы SN74LS682, опубликованные в источнике Моtоrоlа, "Fаst and LS TTL Dаtа" 5-603. В качестве ключей - 96, 98, 100 и 102 могут быть использованы микросхемы
KP1533KП16, опубликованные на стр. 211 в справочнике «Лoгичecкиe ИС KP1533, KP1554». - M.: ТОО "Бином", 1993, авторы И.И.Петровский, А.В.Прибыльский, А.А.Троян, В.С.Чувелев.
В качестве преобразователя - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы может быть использована микросхема MAX941, опубликованный в источнике 2007 Махim Iпtеgrаtеd Рrоduсts 19- 0229; Rеv 7; 2/07.
В качестве первого, второго и третьего делителей - 85, 87 и 89 могут быть использованы микросхемы KP1533ИE1, опубликованные на стр.82 в справочнике «Лoгичecкиe ИС KP1533, KP1554». - M.: ТОО "Бином", 1993, авторы И.И.Петровский, А.В.Прибыльский, А.А.Троян, В.С.Чувелев.
В качестве управляемых ключей - 57, 61, 91 и 93 могут быть использованы микросхемы KP1533KП16, опубликованные на стр. 211 в справочнике (Логические ИС KP1533, KP1554». - M.: ТОО "Бином", 1993, авторы И.И.Петровский, А.В.Прибыльский, А.А.Троян, В.С.Чувелев.
В качестве узла вычисления - 18 может быть использован контроллер MC68HC711E9, описанный на стр. 242 в справочном пособии Шагурина И.И. ((Микропроцессоры и микроконтроллеры фирмы Моtоrоlа)) - M.: Радио и связь, 1998.
Все остальные элементы, входящие в состав устройства для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, широко известны и опубликованы в источниках информации по вычислительной техники. При этом необходимо отметить, что узлы: 6 - источник ультразвуковых сигналов; 9 - АЦП;
10 - блок памяти, с входящими оперативными запоминающими устройствами 11 и 12;
13 - узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе;
14 - узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе;
15 - узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе; 16 - дополнительный узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе
17 - формирователь управляющих сигналов;
18 - узел вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - могут быть реализованы либо аппаратным, либо аппаратно-программным, либо программным способами, например, с использованием процессора DSP TMS320F28332, опубликованного в источнике Техаs Iпstrumепts. SPRS439-Jшe 2007.
Предлагаемое устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе работает следующим образом. Под действием управляющих сигналов, формируемых формирователем - 17 управляющих сигналов, путём генерирования синусоидального напряжения высокой частоты кварцевым генератором - 83 (см. фиг. 6), преобразования синусоидального напряжения высокой частоты преобразователем - 84 синусоидального напряжения высокой частоты в последовательность импульсов прямоугольной формы, подачи этих импульсов на вход первого делителя - 85, на вход второго делителя - 87 и на вход третьего делителя - 89, которые в соответствии с заданными коэффициентами деления обеспечивают:
— на выходе первого делителя - 85 последовательность импульсов прямоугольной формы (см. фиг. 7, позиция 1), являющихся управляющими сигналами, которые поступают с выхода первого делителя - 85 (через вывод - 86) на второй вход первого коммутатора - 4, на третий вход второго коммутатора - 7 и на второй вход блока памяти - 10 (на инверсный второй вход второго оперативного запоминающего устройства - 12 и на прямой второй вход первого оперативного запоминающего устройства - 11);
- на выходе второго делителя - 87 полученная последовательность импульсов прямоугольной формы поступает на первый вход схемы «И» - 88 и на второй вход схемы «ИЛИ-HE» - 90;
— на выходе третьего делителя 89 полученная последовательность импульсов прямоугольной формы поступает на второй вход схемы «И»-88 и на первый вход схемы «ИЛИ-HE» - 90.
В результате поступления импульсов прямоугольной формы на входы схемы «И» - 88, на её выходе формируется управляющий сигнал для управления вторым ключом - 93.
В результате поступления импульсов прямоугольной формы на входы схемы «ИЛИ-HE» - 90, на её выходе формируется управляющий сигнал для управления первым ключом - 91. При срабатывании второго ключа 93 на его выходе (на выводе - 94, см. фиг. 6) получают импульсы прямоугольной формы (см. фиг. 7, позиция 6), которые являются управляющими сигналами для цифроаналогового преобразователя - 5 (и поступают на его второй вход), управляющими сигналами для аналогоцифрового преобразователя - 9 (и поступают на его второй вход), и управляющими сигналами для источника - 6 ультразвуковых сигналов, которые поступают на его вход (на вывод - 104 и затем на шестой вход сумматора - 103, см., фиг. 8).
При срабатывании первого ключа 91 на его выходе (на выводе - 92 см., фиг 6) получают импульсы прямоугольной формы (см. фиг 7, позиция - 7), которые являются управляющими сигналами: для линий задержки - 22 (фиг. 2); -33 (фиг. 3); - 43 (фиг. 4); - 64 (фиг. 5); - 74 (фиг. 5) и для оперативных запоминающих устройств: - 26 (фиг. 2); - 37 (фиг. 3); - 47 (фиг. 4); - 69 (фиг. 5); - 76 (фиг. 5).
С выхода источника - 6 (с вывода - 106) ультразвуковых сигналов (см. фиг. 8) цифровые ультразвуковые сигналы, формируемые путём подключения первого, второго, третьего и четвёртого резисторов - 95, 97, 99 и 101 через первый, второй, третий и четвёртый ключи - 96, 98, 100 и 102 к выводам источника постоянного напряжения, подачи уровней напряжения в виде кодов (например, 1.0.1.1.) с вторых выводов первого, второго, третьего и четвертого резисторов - 95, 97, 99 и 101 на соответствующие входы сумматора - 103, который осуществляет суммирование кодов, поступивших на его входы, по каждому переднему фронту управляющих сигналов, поступивших с выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (на вывод - 104 и на шестой вход сумматора - 103, см. фиг. 8), и подачи кода с выхода сумматора 103 на адресный вход узла памяти 105, в которой хранятся предварительно записанные цифровые коды синусоидального сигнала, поступают на первый вход цифроаналогового преобразователя - 5, обеспечивающего преобразование цифровых ультразвуковых сигналов в аналоговые сигналы, которые поступают на первый вход первого коммутатора - 4. С первого выхода формирователя управляющих импульсов - 17 на второй управляющий вход первого коммутатора - 4 поступает последовательность импульсов, которая обеспечивает подключение выхода цифроаналогового преобразователя - 5 на первый или второй выход первого коммутатора - 4. При этом с первого выхода первого коммутатора - 4 на первый приёмопередающий излучатель - 2 ультразвуковых сигналов поступают аналоговые ультразвуковые сигналы для их последующего прохождения по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, а с второго выхода первого коммутатора - 4 на второй приёмопередающий излучатель - 3 ультразвуковых сигналов поступают аналоговые ультразвуковые сигналы для их последующего прохождения против контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С вывода первого приёмопередающего излучателя - 2 ультразвуковых сигналов на первый вход второго коммутатора - 7 поступают ультразвуковые сигналы, прошедшие по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С вывода второго приёмопередающего излучателя - 3 ультразвуковых сигналов на второй вход второго коммутатора - 7 поступают ультразвуковые сигналы, прошедшие против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1. Под действием управляющих импульсов, поступающих с первого выхода формирователя - 17 управляющих импульсов на третий управляющий вход второго коммутатора - 7, с его выхода поочерёдно поступают ультразвуковые сигналы, прошедшие по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, на вход усилителя ультразвуковых сигналов, обеспечивающего за счёт автоматической регулировки усиления необходимый уровень сигналов на входе аналогоцифрового преобразователя - 9, на второй вход которого поступают со второго выхода формирователя - 17 управляющих импульсов импульсные сигналы, обеспечивающие преобразование аналоговых ультразвуковых сигналов в цифровые коды с частотой дискретизации Kf1 » и поочередное получение на выходе аналогоцифрового преобразователя - 9 цифровых кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С выхода аналогоцифрового преобразователя - 9 на первый вход блока памяти - 10, а затем на первый вход первого оперативного запоминающего устройства - 11 и на первый вход второго оперативного запоминающего устройства - 12 поступают цифровые коды ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1. Под действием управляющих импульсов, поступающих с первого выхода формирователя - 17 управляющих импульсов на второй вход блока памяти - 10 (на инверсный второй вход второго оперативного запоминающего устройства - 12 и на второй (прямой) вход первого оперативного запоминающего устройства - 11), производится запись цифровых кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, в ячейки памяти первого оперативного запоминающего устройства - 11 и, соответственно, запись цифровых кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, в ячейки памяти второго оперативного запоминающего устройства - 12.
С выхода первого оперативного запоминающего устройства - 11 и, соответственно, с первого выхода блока памяти - 10 на первый вход - 21 и затем на первый вход умножителя - 20 (см. фиг.2) узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают цифровые коды ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1. С выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов (с выхода узла памяти - 105, с вывода - 106) на второй вход (вывод - 23 и затем на первый вход линии задержки - 22) узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают цифровые коды ультразвуковых сигналов. С третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (с выхода первого ключа— 91, с вывода - 92 (см. фиг. 6) на третий вход (на вывод - 24 (см. фиг. 2) и затем на второй вход линии задержки - 22) узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают управляющие сигналы.
Т.е. коды ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой «f!» , прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, поступают на первый вход умножителя 20 (см. фиг. 2), а коды ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов поступают на первый вход линии задержки - 22, управляемой управляющими импульсами, поступающими с третьего выхода (с вывода - 92, см. фиг. 6) формирователя - 17 управляющих сигналов с частотой - «ft» (см. фиг. 7, позиция 7), причём по каждому переднему фронту управляющих импульсов изменяется время задержки линии задержки - 22 на один интервал времени, равный - «l/fi», чем обеспечивается поступление на второй вход умножителя - 20 кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов, задержанных на «0÷N» интервалов частоты дискретизации, равной - «f!», в зависимости от номера переднего фронта управляющего сигнала.
Умножитель - 20 осуществляет поточечное перемножение кодов, поступивших на его первый и второй входы. Результат поточечного перемножения поступает на вход сумматора - 25, в котором после суммирования произведений соответствующих точек на его выходе получают значение корреляционной функции кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, поступивших с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов.
По заднему фронту управляющего сигнала (импульса), поступающего с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов на второй вход оперативного запоминающего устройства - 26, полученное значение корреляционной функции кодов записывается в ячейки оперативного запоминающего устройства - 26. Таким образом, после прохождения «N» импульсов управляющего сигнала, оперативное запоминающее устройство - 26 содержит взаимную корреляционную функцию кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе — 1, и кодов ультразвуковых сигналов, поступивших с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов, которая подаётся на вход пикового детектора -
27, который определяет код адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем устройстве - 26.
Код адреса положения максимального значения корреляционной функции кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, поступивших с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов, поступает на выход 28 узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 и на вход преобразователя - 29 кода в код, на выходе которого формируется код временных интервалов между ультразвуковыми сигналами, поступающими в контролируемую среду трубопровода - 1, и ультразвуковыми сигналами, прошедшими по потоку контролируемой среды в трубопроводе (т. е., код, соответствующий времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1).
С выхода второго оперативного запоминающего устройства - 12 и, соответственно, с второго выхода блока памяти - 10 на первый вход (на вход - 32 и затем на первый вход умножителя - 31, см. фиг. 3) узла - 14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают цифровые коды ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов (с выхода узла памяти - 105, с вывода - 106) на второй вход (на вывод - 34 и затем на первый вход линии задержки - 33) узла - 14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе — 1 поступают цифровые коды ультразвуковых сигналов. С третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (с выхода первого ключа - 91, с вывода - 92 (см. фиг. 6) на третий вход (на вывод - 35 (см. фиг. 3) и затем на второй вход линии задержки - 33) узла - 14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают управляющие сигналы.
Т.е. коды ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «fi», прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе- 1, поступают на первый вход умножителя - 31 (см., фиг. 3), а коды ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов поступают на первый вход линии задержки - 33, управляемой управляющими импульсами, поступающими с третьего выхода (с вывода - 92, см. фиг. 7) формирователя - 17 управляющих сигналов с частотой - «f!» (см. фиг. 7, позиция - 7), причём по каждому переднему фронту управляющих сигналов изменяется время задержки линии задержки - 33 на один интервал времени, равный - « 1 /f i », чем обеспечивается поступление на второй вход умножителя - 31 кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - б ультразвуковых сигналов, задержанных на «0÷N» интервалов частоты дискретизации, равной - «fi», в зависимости от номера переднего фронта управляющего сигнала. Умножитель - 31 осуществляет поточечное перемножение кодов, поступивших на его первый и второй входы. Результат поточечного перемножения поступает на вход сумматора - 36, в котором после суммирования произведений соответствующих точек на его выходе получают значение корреляционной функции кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, поступивших с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов. По заднему фронту управляющего сигнала (импульса), поступающего с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов на второй вход оперативного запоминающего устройства - 37, полученное значение корреляционной функции кодов записывается в ячейки оперативного запоминающего устройства - 37.
Таким образом, после прохождения «N» импульсов управляющего сигнала, оперативное запоминающее устройство - 37 содержит взаимную корреляционную функцию кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, поступивших с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов, которая подаётся на вход пикового детектора - 38, который определяет код адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем устройстве - 37.
Код адреса положения максимального значения корреляционной функции кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, поступивших с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов, поступает на вход преобразователя - 39 кода в код, на выходе которого формируется код временных интервалов между ультразвуковыми сигналами, поступающими в контролируемую среду в трубопроводе - 1, и ультразвуковыми сигналами, прошедшими против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 (т. е., код, соответствующий времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1).
С выхода первого оперативного запоминающего устройства - 11 и, соответственно, с первого выхода блока памяти - 10 на первый вход (на вход - 42 и затем на первый вход умножителя - 41, см. фиг. 4) узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают цифровые коды ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1. С выхода второго оперативного запоминающего устройства - 12 и, соответственно, с второго выхода блока памяти - 10 на второй вход (на вывод - 44 и затем на первый вход линии задержки - 43, см., фиг. 4) узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают цифровые коды ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (с выхода первого ключа - 91, с вывода - 92 (см. фиг. 6)) на третий вход (на вывод - 45, см. фиг. 4, и затем на второй вход линии задержки - 43) узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступают управляющие сигналы.
Т.е. коды ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «fi», прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, поступают на первый вход умножителя - 41 (см. фиг. 4), а коды ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «fϊ», прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе -1, поступают на первый вход линии задержки - 43, управляемой управляющими сигналами, поступающими с третьего выхода (с вывода - 92, см. фиг 6) формирователя - 17 управляющих сигналов с частотой - «f1» (см. фиг. 7, позиция 7), причём по каждому переднему фронту управляющих сигналов изменяется время задержки линии задержки - 43 на один интервал времени, равный - «l/fi», чем обеспечивается поступление на второй вход умножителя - 41 кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 и задержанных на «0÷N» интервалов частоты дискретизации, равной - «f1», в зависимости от номера переднего фронта управляющего сигнала.
Умножитель - 41 осуществляет поточечное перемножение, кодов, поступивших на его первый и второй входы. Результат поточечного перемножения поступает на вход сумматора - 46, в котором после суммирования произведений соответствующих точек, на его выходе получают значение корреляционной функции кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
По заднему фронту управляющего сигнала (импульса), поступающего с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов на второй вход оперативного запоминающего устройства - 47, полученные значения корреляционной функции кодов записывают в ячейки оперативного запоминающего устройства - 47.
Таким образом, после прохождения «N» импульсов управляющего сигнала, оперативное запоминающее устройство - 47 содержит взаимную корреляционную функцию кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе — 1, и кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, которая подаётся на вход пикового детектора - 48, который определяет код адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативное запоминающее устройство - 47. Код адреса положения максимального значения корреляционной функции кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, поступает на вывод 49 узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 и на вход преобразователя - 50 кода в код, на выходе которого формируется код (AT0) разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С первого выхода блока памяти - 10 (с первого выхода оперативного запоминающего устройства - 11) коды ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 и дискретизированных с частотой - «f1», поступают на первый вход (на вывод - 53 и затем на первый вход первого компаратора - 52, см. фиг. 5) дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
На выходе первого компаратора - 52, в результате сравнения кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «f] », прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, с нулём, формируется массив кодов адресов, соответствующих моментам перехода через нуль кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1.
Полученный массив кодов адресов поступает на первый вход второго компаратора - 54, на второй вход которого (на вывод - 55, на третий вход дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1) с первого выхода узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 (с выхода пикового детектора - 27 (с вывода - 28, см. фиг. 2)), поступает код адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем устройстве - 26.
В результате сравнения кодов, поступивших на первый и второй входы второго компаратора - 54, на его выходе будет определён код адреса момента перехода через нуль кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, ближайший к коду адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем устройстве - 26 (см. фиг 2).
Полученный код адреса момента перехода через нуль кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, ближайший к коду адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем ycтpoйcтвe-26, поступает на вход первого одновибратора - 56 и запускает его. Таким образом, на выходе первого одновибратора - 56 будет сформирован сигнал управления первым ключом - 57, на первый вход которого поданы коды ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, а на второй вход - нулевой сигнал. Под действием сигнала управления на выходе первого ключа - 57 будет присутствовать часть кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой
- «fj », прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С выхода второго компаратора - 54 на первый вход первого сумматора - 58 поступает код адреса момента перехода через нуль кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, ближайший к коду адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем устройстве - 26 (см. фиг. 2), на второй вход первого сумматора - 58 (на вывод - 59, четвёртый вход дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1) поступает с первого выхода узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 (с выхода пикового детектора
- 48 (с вывода - 49, см. фиг. 4)), код адреса положения максимального значения корреляционной функции кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, и кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
Результат суммирования кодов, поступивших на первый и второй входы первого сумматора - 58, поступает на вход второго одновибратора - 60 и запускает его. Таким образом, на выходе второго одновибратора - 60 будет сформирован сигнал управления вторым ключом - 61, на первый вход которого (на вывод - 62 с второго выхода блока памяти - 10, с первого выхода второго оперативного запоминающего устройства - 12, см. фиг. 1) поступают коды ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, а на второй вход - нулевой сигнал. При этом вывод - 62 является вторым входом дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
Под действием сигнала управления на выходе второго ключа - 61 будет присутствовать часть кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «fι», прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С выхода первого ключа — 57 (см. фиг. 5) на первый вход первого умножителя - 63 поступает часть кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «fi», прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1. На первый вход первой линии задержки - 64 (на вывод - 66, являющимся пятым входом дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1) с выхода узла памяти - 105 (с вывода - 106, см. фиг. 8) источника - 6 ультразвуковых сигналов через фазовращатель - 65 на 90° поступают коды ультразвуковых сигналов, а на второй вход первой линии задержки - 64 поступают импульсы (см. фиг. 7, позиция 7) с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (с вывода - 92, см. фиг. 6) на вывод 67 (см. фиг.5), являющийся седьмым входом дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 (импульсы с частотой - «fi»). По каждому переднему фронту управляющих сигналов изменяется время задержки первой линии задержки - 64 на один интервал времени, равный - «l/fi», чем обеспечивается поступление на второй вход первого умножителя - 63 сигнала, сдвинутого по фазе на 90° относительно кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов и задержанного на «0÷N» интервалов частоты дискретизации, в зависимости от номера переднего фронта управляющего сигнала.
Первый умножитель - 63 осуществляет поточечное перемножение кодов, поступивших на его первый и второй входы. Результат перемножения кодов поступает на вход второго сумматора - 68. В результате суммирования произведений соответствующих точек входного сигнала на выходе второго сумматора - 68 будет рассчитано значение корреляционной функции выделенной части кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «fi», прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, и задержанного сигнала, сдвинутого по фазе на 90° относительно кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов.
По заднему фронту импульсов, поступающих с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (с выхода первого ключа - 91, с вывода - 92, на вывод - 67 и на второй вход первого оперативного запоминающего устройства - 69), полученное значение корреляционной функции заносится в первое оперативное запоминающее устройство - 69. Таким образом, после прохождения «N» импульсов управляющего сигнала с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов первое оперативное запоминающее устройство - 69 содержит взаимную корреляционную функцию части кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «f!», прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, с сигналом, сдвинутым по фазе на 90° относительно ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов.
Рассчитанная взаимная корреляционная функция с точностью до постоянного множителя равна синусу величины задержки сигнала, прошедшего по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, относительно кодов ультразвуковых сигналов источника - 6 ультразвуковых сигналов, следовательно, пересечение взаимной корреляционной функцией нулевого уровня произойдёт в момент времени, соответствующий нулевой задержке между принятыми кодами ультразвуковых сигналов, прошедшими по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, и сигналом, сдвинутым по фазе на 90° относительно кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов.
Для уточнения задержки кодов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, полученная дискретизированная взаимная корреляционная функция поступает на вход первого интерполятора - 70, который повышает частоту дискретизации взаимной корреляционной функции до «m-fi», где «m»»l.
Выходной сигнал первого интерполятора - 70 поступает на вход первого нуль- детектора - 71, который определяет код адреса отсчёта передискретизированной взаимной корреляционной функции по величине отсчёта, наиболее близкого к нулю. Код адреса отсчёта передискретизированной взаимной корреляционной функции, по величине наиболее близкого к нулю, поступает на вход первого преобразователя - 72 кода в код, на выходе которого формируется код времени задержки кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 внутри одного интервала частоты дискретизации - «f!», согласно соотношению: AT1 =AΔT1/m-f1 , где
AT1 - код времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе — 1 внутри одного интервала частоты дискретизации - «fϊ»; AAT1 - код адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем устройстве — 26; m - число много больше 1; I1 - частота дискретизации;
Таким образом, на выходе первого преобразователя - 72 кода в код (см. фиг. 5) будет рассчитано время задержки ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1, внутри одного интервала частоты дискретизации «fi» с точностью: 1/ m-fi, где m»l.
С выхода второго ключа - 61 (см. фиг. 5) на первый вход второго умножителя - 73 поступает часть дискретизированных с частотой - «fi» кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1. На первый вход второй линии задержки - 74 (на вывод - 66, являющийся пятым входом дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1) с выхода узла памяти - 105 (с вывода - 106, см. фиг. 8) источника - 6 ультразвуковых сигналов через фазовращатель - 65 на 90° поступают коды ультразвуковых сигналов, а на второй вход второй линии задержки - 74 поступают импульсы (см. фиг. 7, позиция 7) с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (с вывода - 92, см. фиг. 6) на вывод 67 (см. фиг.5), являющийся седьмым входом дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 (импульсы с частотой - «fi»). По каждому переднему фронту управляющих сигналов изменяется время задержки второй линии задержки - 74 на один интервал времени, равный - «1/ fi», чем обеспечивается поступление на второй вход второго умножителя - 73 сигнала, сдвинутого по фазе на 90° относительно кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника- 6 ультразвуковых сигналов, задержанного на «0÷N» интервалов частоты дискретизации, в зависимости от номера переднего фронта управляющего сигнала.
Второй умножитель - 73 осуществляет поточечное перемножение кодов, поступивших на его первый и второй входы.
Результат перемножения кодов поступает на вход третьего сумматора - 75. В результате суммирования произведений соответствующих точек входного сигнала на выходе третьего сумматора - 75 будет рассчитано значение корреляционной функции выделенной части кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «f1», прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, и задержанного сигнала, сдвинутого по фазе на 90° относительно кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов.
По заднему фронту импульсов, поступающих с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов (с выхода первого ключа - 91, с вывода - 92 (см. фиг.6) на вывод - 67 (см. фиг. 5) и на второй вход второго оперативного запоминающего устройства - 76), полученное значение корреляционной функции заносится во второе оперативное запоминающее устройство - 76. Таким образом, после прохождения «N» импульсов управляющего сигнала с третьего выхода формирователя - 17 управляющих сигналов, второе оперативное запоминающее устройство - 76 содержит взаимную корреляционную функцию части кодов ультразвуковых сигналов, дискретизированных с частотой - «f1», прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 , с сигналом, сдвинутьм по фазе на 90° относительно кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов.
Рассчитанная взаимная корреляционная функция с точностью до постоянного множителя равна синусу величины задержки сигнала относительно кодов ультразвуковых сигналов источника - 6 ультразвуковых сигналов, следовательно, пересечение взаимной корреляционной функцией нулевого уровня произойдёт в момент времени, соответствующий нулевой задержке между принятыми кодами ультразвуковых сигналов, прошедшими против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, и сигналом, сдвинутым по фазе на 90° относительно кодов ультразвуковых сигналов с выхода источника - 6 ультразвуковых сигналов.
Для уточнения задержки кодов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, полученная дискретизированная взаимная корреляционная функция поступает на вход второго интерполятора - 77, который повышает частоту дискретизации взаимной корреляционной функции до «m-fi», где «m»»l.
Выходной сигнал второго интерполятора - 77 поступает на вход второго нуль- детектора - 78, который определяет код адреса отсчёта передискретизированной взаимной корреляционной функции по величине отсчёта, наиболее близкого к нулю. Код адреса отсчёта передискретизированной взаимной корреляционной функции по величине наиболее близкого к нулю, поступает на вход второго преобразователя - 79 кода в код, на выходе которого формируется код времени задержки кодов ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 внутри одного интервала частоты дискретизации - «fi», согласно соотношению:
AT2 =AΔT2/m-f1 , где
AT2 - код времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 внутри одного интервала частоты дискретизации - «fi»;
AAT2 - код адреса положения максимального значения корреляционной функции, записанной в оперативном запоминающем устройстве - 37; m - число много больше 1 ; fι - частота дискретизации; Таким образом, на выходе второго преобразователя - 79 кода в код (см. фиг. 5) будет рассчитано время задержки ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1, внутри одного интервала частоты дискретизации («f1») с точностью: 1/ m-fls где m»l.
С выхода первого преобразователя - 72 кода в код на первый вход четвёртого сумматора - 80 поступает код времени AT1 задержки ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 внутри одного интервала частоты дискретизации - «f ι »; С выхода второго преобразователя - 79 кода в код на второй (инверсный) вход четвёртого сумматора - 80 поступает код времени задержки AT2 ультразвуковых сигналов, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 внутри одного интервала частоты дискретизации - «fi». Со второго выхода узла - 15 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 (с выхода пикового детектора - 48, с вывода - 49, см. фиг. 5) на шестой вход дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 (на вывод - 81 и затем на третий вход четвёртого сумматора — 80, см. фиг. 5) поступает код разности временных интервалов AT0 между ультразвуковыми сигналами, прошедшими по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
В результате суммирования кодов, поступивших на первый, второй (инверсный) и третий входы четвёртого сумматора - 80 на его выходе получают код точной разности временных интервалов между ультразвуковыми сигналами по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - I5 определённый по формуле
ΔT= AT0 + AT1 - AT2, где: AT - код точной разности временных интервалов между ультразвуковыми сигналами, прошедшими по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе; AT0 - код разности времени прохождения ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе; AT1 - код времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе внутри одного интервала частоты дискретизации «fj »;
AT2 - код времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе внутри одного интервала частоты дискретизации - «fi».
С выхода дополнительного узла - 16 вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 (с выхода четвёртого сумматора - 80 с вывода - 82, см. фиг. 5) на первый вход блока вычисления - 18 объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступает код точной разности временных интервалов между ультразвуковыми сигналами, прошедшими по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
С выхода узла - 14 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1 на второй вход узла - 18 вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступает код временных интервалов между ультразвуковыми сигналами, поступающими в контролируемую среду, и ультразвуковыми сигналами, прошедшими против потока контролируемой среды в трубопроводе - 1.
Со второго выхода узла - 13 вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1 на третий вход узла - 18 вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 поступает код временных интервалов между ультразвуковыми сигналами, поступающими в контролируемую среду, и ультразвуковыми сигналами, прошедшими по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 1. В соответствии с поступившими кодами на первый, второй и третий входы узла -
18 вычисления объёмного расхода контролируемой среды, последний производит вычисление объёмного расхода (Q) контролируемой среды в трубопроводе - 1 по формуле:
A T"1
Q = к , где
(Tx - T)(T2 - T) ΔТ - код точной разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе; T1 - код времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе;
T2 - код времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе; τ - константа, зависящая от геометрии размеров и материалов приёмопередающих излучателей ультразвуковых сигналов; к - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических размеров в трубопроводе -1. С выхода узла - 18 вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 результат измерения поступает на вход узла индикации - 19 объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе - 1 для отображения, например, на дисплее.
Таким образом, предлагаемое устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе позволяет с учётом использования корреляционного способа измерения, и с учётом повышения частоты дискретизации с помощью интерполяторов, и с учётом использования дополнительного узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, получить более точное вычисление разности времени задержки цифровых кодов ультразвуковых сигналов, прошедших по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, и получить, в конечном итоге, более высокую точность при определении объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе.
Поэтому предлагаемое техническое решение займёт достойное место среди известных объектов аналогичного назначения.

Claims

Формула изобретения
Устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, содержащее трубопровод с контролируемой средой, первый приёмопередающий излучатель ультразвуковых сигналов, установленный на трубопроводе с контролируемой средой, второй приёмопередающий излучатель, установленный на трубопроводе с контролируемой средой, источник ультразвуковых сигналов, первый коммутатор, второй коммутатор, подсоединённый одним своим входом к выводу первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов, формирователь управляющих сигналов, подсоединённый своим первым выходом к управляющему входу второго коммутатора, усилитель ультразвуковых сигналов, подсоединённый своим входом к выходу второго коммутатора, узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, узел вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, узел вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе и узел вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, отличающееся тем, что оно снабжено цифроаналоговым преобразователем, подсоединённым своим первым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов, своим вторым входом к второму выходу формирователя управляющих сигналов и своим выходом к первому входу первого коммутатора, подсоединённого своим управляющим входом к первому выходу формирователя управляющих сигналов, своим первым выходом к выводу первого приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов и своим вторым выходом к выводу второго приёмопередающего излучателя ультразвуковых сигналов, подсоединённому к другому входу второго коммутатора, аналогоцифровым преобразователем, подсоединённым своим первым входом к выходу усилителя ультразвуковых сигналов, блоком памяти, подсоединённым своим первым входом к выходу аналогоцифрового преобразователя, подсоединённого своим вторым входом к второму выходу формирователя управляющих сигналов, своим вторым входом к первому выходу формирователя управляющих сигналов, своим первым выходом к первому входу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов и своим третьим входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов, своим вторым выходом к первому входу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов и своим третьим входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов, к первому входу узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к второму выходу блока памяти и своим третьим входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов, и дополнительным узлом вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённым своим первым входом к первому выходу блока памяти, своим вторым входом к второму выходу блока памяти, своим третьим входом к первому выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе, своим четвёртым входом к первому выходу узла определения разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, своим пятым входом к выходу источника ультразвуковых сигналов, своим шестым входом к второму выходу узла вычисления разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе, своим седьмым входом к третьему выходу формирователя управляющих сигналов и своим выходом к первому входу узла вычисления объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе, подсоединённого своим вторым входом к выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов против потока контролируемой среды в трубопроводе и своим третьим входом к второму выходу узла вычисления времени прохождения ультразвуковых сигналов по потоку контролируемой среды в трубопроводе.
PCT/RU2008/000429 2008-05-12 2008-07-02 Устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе WO2009139661A1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/990,871 US8020452B2 (en) 2008-05-12 2008-07-02 Apparatus for measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
CN2008801291558A CN102027334B (zh) 2008-05-12 2008-07-02 用于测量管道中受控介质的体积流率的设备
DE8874303T DE08874303T1 (de) 2008-05-12 2008-07-02 Einrichtung zur messung der volumenflussrate eines gesteuerten mediums in einer pipeline
CA2724254A CA2724254C (en) 2008-05-12 2008-07-02 Apparatus for measuring the volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
EP08874303.4A EP2287570A4 (en) 2008-05-12 2008-07-02 DEVICE FOR DETERMINING THE VOLUMIC FLOW OF A CONTROLLED ENVIRONMENT IN A PIPING SYSTEM
US13/212,614 US8695435B2 (en) 2008-05-12 2011-08-18 Method of measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
HK11110880.9A HK1156689A1 (en) 2008-05-12 2011-10-13 Device for measuring the volume flow rate of a controlled medium in a pipeline

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008118645/28A RU2367912C1 (ru) 2008-05-12 2008-05-12 Устройство для определения объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе
RU2008118645 2008-05-12

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US12/990,871 A-371-Of-International US8020452B2 (en) 2008-05-12 2008-07-02 Apparatus for measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
US13/212,614 Continuation-In-Part US8695435B2 (en) 2008-05-12 2011-08-18 Method of measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009139661A1 true WO2009139661A1 (ru) 2009-11-19

Family

ID=41168021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2008/000429 WO2009139661A1 (ru) 2008-05-12 2008-07-02 Устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8020452B2 (ru)
EP (1) EP2287570A4 (ru)
CN (1) CN102027334B (ru)
CA (1) CA2724254C (ru)
DE (1) DE08874303T1 (ru)
HK (1) HK1156689A1 (ru)
RU (1) RU2367912C1 (ru)
WO (1) WO2009139661A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2813823A4 (en) 2012-02-07 2015-10-14 Closed Up Joint Stock Company Coherent METHOD FOR PASSING SIGNALS THROUGH A CONTROLLED ENVIRONMENT

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU918790A1 (ru) * 1980-09-29 1982-04-07 Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана Ультразвуковой расходомер дл измерени малых расходов жидкости
US5178018A (en) * 1989-10-31 1993-01-12 British Gas Plc System for measuring the time for a signal to pass between two spaced points in a fluid
RU2160887C1 (ru) 1999-06-23 2000-12-20 ООО НПП "Строб" Ультразвуковой расходомер

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4787252A (en) * 1987-09-30 1988-11-29 Panametrics, Inc. Differential correlation analyzer
DK0686255T3 (da) * 1993-12-23 2000-06-13 Flowtec Ag Clamp-on-ultralyd-volumengennemstrømningsmåleapparat
FR2748816B1 (fr) * 1996-05-17 1998-07-31 Schlumberger Ind Sa Dispositif ultrasonore de mesure de la vitesse d'ecoulement d'un fluide
KR100298474B1 (ko) * 1998-09-03 2002-02-27 남상용 초음파유속측정방법
FR2787880B1 (fr) * 1998-12-29 2001-03-02 Schlumberger Ind Sa Dispositif et procede de mesure ultrasonore de debit de fluide comportant un convertisseur analogique numerique sigma-delta passe bande
AUPQ480199A0 (en) * 1999-12-22 2000-02-03 AGL Consultancy Pty. Limited Timed window ultrasonic gas meter with nose cone
JP4135056B2 (ja) * 2001-02-15 2008-08-20 横河電機株式会社 超音波流量計
CN100401022C (zh) * 2004-02-26 2008-07-09 富士电机系统株式会社 超声波流量计和超声波流量测量方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU918790A1 (ru) * 1980-09-29 1982-04-07 Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана Ультразвуковой расходомер дл измерени малых расходов жидкости
US5178018A (en) * 1989-10-31 1993-01-12 British Gas Plc System for measuring the time for a signal to pass between two spaced points in a fluid
RU2160887C1 (ru) 1999-06-23 2000-12-20 ООО НПП "Строб" Ультразвуковой расходомер

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
I.I. PETROVSKY; A.V. PRIBYLSKY; A.A. TROYAN; V.S. CHUVELEV: "Logical Integral systems KR1533, KR1554", BINOM, 1993, pages 211
I.I. PETROVSKY; A.V. PRIBYLSKY; A.A. TROYAN; V.S. CHUVELEV: "Logical Integral systems KR1533, KR1554", BINOM, 1993, pages 226
I.I. PETROVSKY; A.V. PRIBYLSKY; A.A. TROYAN; V.S. CHUVELEV: "Logical Integral systems KR1533, KR1554", BINOM, 1993, pages 268
I.I. SHAGURIN, MOTOROLA MICROPROCESSORS AND MICROCONTROLLERS, 1998, pages 242
P. HOROVITZ; W. HILL: "The Art of Circuit Engineering", vol. 1, 1993, pages: 317
See also references of EP2287570A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN102027334B (zh) 2012-07-04
CN102027334A (zh) 2011-04-20
CA2724254C (en) 2013-09-03
CA2724254A1 (en) 2009-11-19
RU2367912C1 (ru) 2009-09-20
DE08874303T1 (de) 2011-12-22
EP2287570A1 (en) 2011-02-23
US20110120230A1 (en) 2011-05-26
EP2287570A4 (en) 2015-12-09
HK1156689A1 (en) 2012-06-15
US8020452B2 (en) 2011-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11747181B2 (en) Extended range ADC flow meter
CN104169692A (zh) 具有数字化欠采样流量测量的超声波流量计
CN100565131C (zh) 深度确定系统
US5818735A (en) Method and system for high resolution time-of-flight measurements
US8695435B2 (en) Method of measuring a volume flow rate of a controlled medium in a pipeline
EP2642256B1 (en) Measurement arrangement and method
US11137276B1 (en) All digital travel time flow meter using time reversed acoustics
WO2009139661A1 (ru) Устройство для определения объёмного расхода контролируемой среды в трубопроводе
CN102192769A (zh) 运算装置和具有运算装置的流量计
WO2020028687A1 (en) Sound sensing with time-varying thresholds
US5867125A (en) Incremental phase and distance measurement through digital phase signature comparison
JP2003222675A (ja) 超音波距離測定装置及び方法
EP1798529A1 (en) Ultrasonic gas flow meter
JP2726668B2 (ja) ドップラー・ソナー速度測定システム
WO1980000876A1 (en) A device for measuring the flow velocity of fluids
RU180028U1 (ru) Корреляционный измеритель скорости
JP3068674B2 (ja) 超音波送受波装置
CN106643940A (zh) 基于回波能量计算超声波流量计传播时间的方法
SU1296942A1 (ru) Ультразвуковой измеритель скорости потока
RU2101681C1 (ru) Акустический расходомер
CN117686734A (zh) 一种流速测量方法、装置、设备及可读存储介质
SU1290365A1 (ru) Коррел ционное устройство дл определени запаздывани случайного сигнала
JPH10307049A (ja) 超音波流速測定方法
JPS5917370B2 (ja) 超音波流量計
CN116990541A (zh) 一种超声水表的同频信号相位差测量方法、装置及介质

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200880129155.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08874303

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12990871

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2724254

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2008874303

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008874303

Country of ref document: EP