SU1164551A1 - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

Abstract

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий закрепленные на измерительном участке трубопровода два обратимых электроакустических преобразовател , включенных в схемы двух сиихроколец, каждое из которых состоит из последовательно соединеншлх усилител , формировател , первой схемы совпадени , генератора, триггера , isTOpoft схемы совпадени  и одновибратора, а также третью и четвертую схемы совпадени , второй триггер и блок вьщелени  разност-ной частоты, причем в каждом сивхрокольце второй выход триггера подключен к второму входу первой схемы совпадени , второй вход второй схемы совпадени - подключен к выходу формировател , выход одновибратора - к управл ющему входу генератора, а входы третьей и четвертой схем -совпадени  подключены к выходам формирователей и генераторов соответствующих синхроколец, их выходам подключены к счетному входу второго триггера, выходы которого подключек. к управл ющим входам триггеров синхроколец, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности и быстродействи  измерений, он дополнительно снабW жен двум  измерительными цеп ми, кажда  из которых содержит последовательно соединенные фазовый дискриминатор , управл емый генератор, схему запрета и делитель, причем в каждой измерительной цепи вход фазового дискриминатора подключен к выходу Р генератора, а управл ющий вход мы запрета - к выходу одновибратора соСП ответствующего синхрокольца, выход ел управл емого генератора подключен к одному из входов блока вьщелени  разности частот.ULTRASONIC FLOWMETER, containing two reversible electroacoustic transducers mounted on the measuring section of the pipeline, included in two two-crochet circuits, each of which consists of a series-connected amplifier, a former, a first coincidence circuit, a generator, a trigger, an isTOpoft coincidence circuit, and a single vibrator, a first coincidence circuit, a generator, a trigger, an isTOpoft coincidence circuit, and a single vibrator; the coincidence circuit, the second trigger and the block of differential frequency allocation, and in each civic ring the second trigger output is connected to the second input of the first The matches of the second input of the matching circuit are connected to the output of the driver, the one-shot output to the control input of the generator, and the inputs of the third and fourth matching schemes are connected to the outputs of the drivers and generators of the corresponding sync ring, their outputs are connected to the counting input of the second trigger, the outputs which plugs. To the control inputs of the trigger sync ring, characterized in that, in order to improve the accuracy and speed of measurements, it is additionally equipped with two measuring circuits, each of which contains a series-connected phase discriminator, a controlled generator, a prohibition circuit and a divider, each the measuring circuit, the input of the phase discriminator is connected to the output P of the generator, and the control input of the inhibitor is connected to the output of the one-vibrator of the corresponding clockwork SP, the output of the controlled generator n to one of the inputs of the frequency difference block.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  расходов жидкости. Известен ультразвуковой расходомер , содержащий две пары обратимых электроакустических преобразователе подключенным к блокам возбуждени  и обработки информацииCl3Недостатком известного расходоме ра  вл етс  низка  точность измерени .Наиболее близким к изобретению  вл етс  ультразвуковой расходомер, содержащий закрепленные на измерительном участке трубопровода два обратимых электроакустических преобразовател , включенных .в схемы двух синхроколец, каждое из которых состоит из последовательно соединеннь1х усилител , формировател , первой схемы совпадени , генератора триггера,второй схемы совпадени  и одновибратора, а также третью и четвертую схемы совпадени , второй триггер, счетчик импульсов, частото мер «и блок вьщелени  разности частот , причем, в каждом синхрокольце второй выход триггера подключен к второму входу первой схемы совпадени ,- второй вход второй схемы совпадени  подключен к выходу форми ровател , а выход одновибратора к управл ющему входу генератора, кроме того,, входы третьей и четвертой . схем совпадени  подключены, соответственно, к выходам формирова телей и генераторов соответствующих синхроколец, их первые выходы подключены к входам второго триггера, а вторые - к входам блока выделени  разности частот, выходы третьего триггера подключены к управл ющим входам триггеров синхроколец, а вхо счетчика импульсов - к второму выходу четвертой схемы совпадени  Однако указанньй расходомер имее большую погрешность в точности и низкое быстродействие. Больша  погрешность измерени  обусловлена наличием задержки запуска синхрокольца при исключении момента совпадени импульсов, привоД пр1х к изменению средне17О за врем  измерени  перио да циркул ции, значение погрешности уменьшаетс  с уменьшением величины задержки. Но реально величина задержки должна выбиратьс  исход  из величины времени затухани  колебаний пьезокерамики после ее ввзбуждени  до необходимого уровн . В реальных системах врем  затухани  может составл ть 50-200 мкс. Низкое быстродействие обусловлено малыми значени ми разностной частоты, дл  точного измерени  которой необходимо большое врем  измерени , что может привести к дополнительному увеличению погрешности. Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи . Поставленна  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой расходомер, содержащий закрепленные на измери- . тельном участке трубопровода два обратимых электроакустических преобразовател , включенных в схему двух синхроколец, каждое из которых состоит из последовательно соединенных усилител , формировател , первой схемы совпадени ,генератора, триггера , второй совпадени  и одновибратора , а также третью и четвертую схемы совпадени , второй триг гер и блок вьщелени  разностной час;тоты , причем в каждом синхрокольце .второй выход триггера подключен к (второму входу первой схемы совпаде|ни , второй вход второй схемы совпа дени  подключен к выходу формировател , выход одновибратора - к управл ющему входу генератора, а входы третьей и четвертой схем совпадени  подключены к выходам формирователей и генераторов соответствующих синхроколец, их выходы подключены к счетному входу второго триггера, выходы которого подключены к управл ющим йходам триггеров синхроколец, дополнительно снабжен двум  измерительными цеп ми, кажда  из которых содержит последовательно соединенные фазовой дискриминатор, управл емый генератор, схему запрета и делитель, причем в каадой измерительной цепи вход фазового дискриминатора подключен к выходу генератора, а управл ющий вход схемы запрета - к выходу одновибратора соответствующего синхрокольца, при этом выход управл емого генератора подключен к одному из входов блока вьзделени  разности частот. На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - временна  диаграмма работы. Расходомер состоит из измерительного участка трубопровода 1, дву обратимых электроакустических преобразователей 2 и 3, двух схем синхрокольца, включающих генераторы 4 и 5, первые схемы совпадени  6 и 7 вторые схемы совпадени  8 и 9, формирователи 10 и 11, .усилители 12 и 13, первые триггеры 14 и 15, одновиб раторы 16 и 17, а также третью 18 и четвертую 19 схемы совпадени , второй триггер 20, фазовые дискриминаторы 21 и 22, делители частоты 23 и 24, схемы запрета 25 и 2Ь, управл e ыe генераторы 27 и 28 и блок выделени  разности частот 29. Устройство работает следующим образом . Импульс генератора 4 (фиг.2а) поступает на преобразователь 3, кото- 20 гер рьш излуч ает ультразйуковой импульс по потоку. Пройд  через измерительную среду, импульс поступает на преобразователь 2 и усиливаетс  уси . лителем 12. Сформированный формирователем 10 пр моугольный импульс им ет длительность Г (фиг.26), большую длительности импульса, генератора 4. Фронтом импульса формировател  10 через схему совпадени  6 запускает:: с  генератор 4, далее процесс повто р етс . Триггер 14 находитс  в таком состо нии, при котором схема со впадени  6 пропускает, а схема совп дени  8 не.пропускает импульс с фор мировател  10. Импульс с генератора 5 (фиг.2з) поступает на преобразователь 2, который .излучает импульс против потока . Прин тьш преобразователем 3 импульс , усиливаетс  усилителем 13,формируетс - формирователем 1I в пр моугольный импульс длительностью Т ( фиг.2и). Фронтом импульса формировател  11 через схему совпадени  7 запускаетс  генератор 5, далее процесс повтор етс . Триггер 15 находитс  в таком состо нии, при кото ром схема совпадени  7 пропускает, а схема совпадени  9 не пропускает импульсы формировател  11. При движении среды через преобразователь расхода.частоты циркул ции в синхрокольцах будут отличатьс  на величину д, пропорциональную скорости движени  измер емой ере . ды V. 514 При совпадении во времени импульса генератора 4 с импульсом форми ровател  I1 на выходе схемы совпа-. дени  19 формируетс  импульс, перебрасывающий триггер 20, работающий в счетном режиме, в другое состо ние . Импульсы триггера 20 (фиг,2е) опрокидывают триггер 14 в состо ние, при котором схема совпадерш  8 пропускает импульсы формировател  10 на одновибратор 16, а схема совпа- . дени  6 не пропускает импульсы формировател  10 на вход генератора 4. Одновибратор 16 запускаетс  импульсом схемы совпадени  8 и формирует импульс длительностью 7 2 ч (фиг.2ж). Срезом импульса одновибратора 16 запускаетс  генератор 4, импульс которого возвращает триг14 в исходное состо ние, и работа синхроколед циклически повтор етс . При отсутствии импульса одновибратора 16 схема запрета 25 пропускает импульсы управл емого генератора 27 (фиг,2в,) на вход делител  23, Фазовый дискриминатор 21 анализирует относительное временное положение импульсов, поступающих на него с генератора 4 и делител  23 (фиг.2д), и вырабатывает сигнал управлени  управл емым генератором 27 таким образом , что частота на выходе делител  23 равна частоте генератора 7 и разность фаз этих сигна.лов посто нна . При исключении момента совпадени  импульс генератора 4, поступающий на один из входов фазового дискриминатора 21, измен ет скачком свое временное положение на величину . 2а). Импульс длительностью 2, формируемый одновибратором 16, поступает на схемы запрета 25, запреща  прохождение импульсов с управл емого генератора 27 (фиг.2в) на вход делител  23 в течение действи  импульса, тем самым задержива  импульс на выходе делител  23 на величину (фиг.2д) , где Т(р - период частоты управл емого генератора 27, уменьша  фазовое рассогласование до величины +T(,«.tj. Второе синхрокольцо работает аналогичным образом при реверсиро-. вании потока. Сигналы с управл емых генераторов 27 и 28 поступат на блок выделени  разностнойThis invention relates to a measurement technique and can be used to measure fluid flow rates. An ultrasonic flowmeter is known that contains two pairs of reversible electroacoustic transducers connected to the excitation and information processing units Cl3. The disadvantage of this known flow meter is low measurement accuracy. The closest to the invention is an ultrasonic flowmeter containing two reversible electroacoustic transducers attached to the pipeline. two sync rings, each of which consists of a series-connected amplifier, form the first match circuit, the trigger generator, the second match circuit and the one-shot, as well as the third and fourth match patterns, the second trigger, pulse counter, frequency ' and the frequency difference selection unit, and in each sync loop the second trigger output is connected to the second input the first matching circuit, the second input of the second matching circuit is connected to the output of the former, and the one-shot output to the control input of the generator, in addition, the inputs of the third and fourth. coincidence circuits are connected, respectively, to the outputs of the formers and generators of the corresponding sync rings, their first outputs are connected to the inputs of the second trigger, and the second to the inputs of the frequency difference selection block, the outputs of the third trigger are connected to the control inputs of the trigger sync rings, and the pulse counter is to the second output of the fourth coincidence circuit. However, the indicated flow meter has a large error in accuracy and low speed. The large measurement error is due to the presence of a synchro-trigger start delay, with the exception of the moment of pulses coinciding, resulting in a change in the average 17O during the measurement of the circulation period, the error value decreases with decreasing delay value. But in reality, the delay should be chosen based on the magnitude of the damping time of the piezoceramic oscillations after it is excited to the required level. In real systems, the decay time can be 50–200 µs. A low response rate is due to small values of the difference frequency, for which an accurate measurement requires a large measurement time, which can lead to an additional increase in the error. The purpose of the invention is to increase accuracy and speed. The goal is achieved by the fact that an ultrasonic flow meter containing fixed on the measurement. In the pipeline section, two reversible electroacoustic transducers are included in the circuit of two synchro rings, each of which consists of a series-connected amplifier, a former, a first coincidence circuit, a generator, a trigger, a second coincidence and a single vibrator, and a third and fourth coincidence circuit, the second trigger and the block in the differential clock; tota, and in each sync loop, the second trigger output is connected to (the second input of the first coincidence circuit, the second input of the second coincidence circuit is connected to you one shaper, one-shot output - to the control input of the generator, and the inputs of the third and fourth coincidence circuits are connected to the outputs of the drivers and generators of the corresponding sync ring, their outputs are connected to the counting input of the second trigger, the outputs of which are connected to the trigger outputs of the trigger signal, are additionally equipped with two measuring circuits, each of which contains a phase discriminator connected in series, a controlled oscillator, a inhibitor circuit and a divider, and in each enu input of the phase discriminator is connected to the generator output and a control input circuit ban - corresponding to the output of the monostable sinhrokoltsa, the output of the controllable oscillator is coupled to one input of block vzdeleni frequency difference. Figure 1 shows the block diagram of the device; figure 2 - the timing diagram of the work. The flow meter consists of a measuring section of pipeline 1, two reversible electroacoustic transducers 2 and 3, two sync ring circuits including generators 4 and 5, first coincidence circuits 6 and 7, second coincidence circuits 8 and 9, drivers 10 and 11, amplifiers 12 and 13, the first triggers 14 and 15, the single-vibration 16 and 17, as well as the third 18 and fourth 19 coincidence circuits, the second trigger 20, phase discriminators 21 and 22, frequency dividers 23 and 24, prohibition circuits 25 and 2b, control generators 27 and 28 and a frequency difference allocation unit 29. The device operates as follows. zom. The impulse of the generator 4 (fig. 2a) goes to the transducer 3, which 20 Herr emits an ultrasonic pulse along the flow. Passing through the measuring medium, a pulse is fed to the transducer 2 and amplified by usi. 12. A rectangular pulse formed by shaper 10 has duration G (Fig. 26) greater than the duration of the pulse, generator 4. The pulse front of shaper 10 starts matching circuit 6 with generator 4, then the process repeats. The trigger 14 is in such a state that the circuit from the inlet 6 transmits and the coincidence circuit 8 does not. Transmits the impulse from the former 10. The impulse from the generator 5 (fig.2z) goes to the converter 2, which emits an impulse against the flow . A pulse is received by converter 3, amplified by amplifier 13, formed by shaper 1I into a rectangular pulse of duration T (Fig. 2i). The pulse front of the imaging unit 11 starts the generator 5 through the coincidence circuit 7, then the process repeats. The trigger 15 is in such a state that the coincidence circuit 7 misses, and the coincidence circuit 9 does not transmit the pulses of the former 11. When the medium moves through the flow transducer. The circulation frequency in the synchro rings will be different by g, which is proportional to the speed of the measured velocity. . V. 514 When the pulse of the generator 4 coincides with the pulse of the I1 generator, the output of the circuit is the same. Day 19, a pulse is generated that flips the trigger 20, operating in counting mode, to another state. The pulses of the trigger 20 (FIG. 2e) overturn the trigger 14 to a state in which the scheme coincides with 8 pulses of the driver 10 to the one-shot 16, and the circuit is the same. Day 6 does not transmit the pulses of the generator 10 to the input of the generator 4. The single-oscillator 16 is triggered by a pulse of the coincidence circuit 8 and generates a pulse with a duration of 7-2 hours (Fig. 2g). A pulse 4 of the one-shot 16 starts a generator 4, the pulse of which returns the trigger 14 to the initial state, and the operation of the syncroix repeats cyclically. In the absence of a one-shot pulse 16, the prohibition circuit 25 transmits pulses of a controlled generator 27 (FIG. 2c) to the input of divider 23, Phase discriminator 21 analyzes the relative temporal position of the pulses arriving at it from generator 4 and divider 23 (FIG. 2d), and generates a control signal of the controlled oscillator 27 in such a way that the frequency at the output of the divider 23 is equal to the frequency of the oscillator 7 and the phase difference of these signal lines is constant. With the exclusion of the moment of coincidence, the pulse of the generator 4, which arrives at one of the inputs of the phase discriminator 21, abruptly changes its temporary position by. 2a). A pulse of duration 2, generated by the one-shot 16, is fed to the inhibitor circuits 25, prohibiting the passage of pulses from the controlled generator 27 (FIG. 2B) to the input of the divider 23 during the pulse, thereby delaying the pulse at the output of the splitter 23 by the value (FIG. where T (p is the period of the frequency of the controlled oscillator 27, reducing the phase mismatch to the value of + T (, ". tj. The second synchro-ring works in a similar way when reversing the flow. Signals from the controlled oscillators 27 and 28 go to the unit differential separation

I 1I 1

частоты 29, на выходе которого формируетс  частота, пропорциональна  расходу дидкости.frequency 29, at the output of which the frequency is formed, is proportional to the flow rate of the liquid.

Повьшение быстродействи  расходо ..мера обеспечиваетс  преобразованием малых значений разности частот, пропорциональной расходу и требую164551The speeding up of the flow rate is achieved by converting small values of the frequency difference, which is proportional to the flow rate and requires 164551

щей большого времени дл  точного ее измерени , в разностную частоту в К раз большую. Повышение точности достигаетс  за счет исключени  ошибки формировани  среднего периода циркул ции, обусловленного введением задержки запуска в момент исключени  совпадени  импульсов.large time for accurate measurement, the difference frequency is K times greater. Accuracy improvement is achieved by eliminating the formation error of the average circulation period, due to the introduction of a start delay at the time of the elimination of pulses.

Фиг. 1FIG. one

Claims (1)

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий закрепленные на измерительном участке трубопровода два обратимых электроакустических преобразователя, включенных в схемы двух синхроколец, каждое из которых состоит из последовательно соединенных усилителя, формирователя, первой схе- мы совпадения, генератора, триггера, второй схемы совпадения и одновибратора, а также третью и четвертую схемы совпадения, второй триггер и блок выделения разностной частоты, причем в каждом синх рокольце второй выход триггера подключен к второму входу первой схемы совпадения, второй вход второй схемы совпадения· подключен к выходу формирователя, выход одновибратора - к управляющему входу генератора, а входы третьей и четвертой схем -совпадения подключены к выходам формирователей и генераторов соответствующих синхроколец, их выхода подключены к счетному входу второго триггера, выходы которого подключены к управляющим входам триггеров синхроколец, отличающийся тем, что, с целью по- . _Λ вышения точности и быстродействия S измерений, он дополнительно снабжен двумя измерительными цепями, каждая из которых содержит последовательно соединенные фазовый дискриминатор, управляемый генератор, схему запрета и делитель, причем в каждой измерительной цепи вход фазового дискриминатора подключен к выходу генератора, а управляющий вход схемы запрета - к выходу одновибратора со ответствующего синхрокольца, выход управляемого генератора подключен к одному из входов блока выделения разности частот.ULTRASONIC FLOW METER, containing two reversible electroacoustic transducers fixed on the measuring section of the pipeline, included in the two synchro-ring circuits, each of which consists of a series-connected amplifier, driver, the first matching circuit, the generator, the trigger, the second matching circuit and the one-shot, as well as the third and a fourth coincidence circuit, a second trigger and a differential frequency extraction unit, wherein in each sync ring the second trigger output is connected to the second input of the first circuit coincidence, the second input of the second matching circuit is connected to the output of the shaper, the output of the single-vibrator is connected to the control input of the generator, and the inputs of the third and fourth matching circuits are connected to the outputs of the shapers and generators of the corresponding sync rings, their outputs are connected to the counting input of the second trigger, the outputs of which are connected to the control inputs of the triggers of the sync ring, characterized in that, with the aim of. _{Λ to} improve the accuracy and speed of S measurements, it is additionally equipped with two measuring circuits, each of which contains a phase discriminator, a controlled oscillator, a prohibition circuit and a divider connected in series, and in each measuring circuit the phase discriminator input is connected to the generator output, and the control input of the prohibition circuit - to the output of the one-shot from the corresponding sync ring, the output of the controlled generator is connected to one of the inputs of the frequency difference allocation unit. 1 11645511 1164551