SU395724A1 - Одноканальный ультразвуковой расходомер - Google Patents

Description

1

Изобретеннс касаетс  расхода с помощью ультразвука.

В известных однокапальных ультразвуковых расходомерах, осуществл юн1,нх квантование нитервалов времени импульсамн с частотоп следовани , пропорциональной скорости ультразвука, не полностью исключаетс  зависимость выходного сигнала от скорости ультразвука в измер емой среде.

В предлагаемом устройстве дл  иовышеПИЯ точности измерительное устр011ство выполнено в виде генератора стабильной частоты , подключеииого к входу смесител , к другому входу которого подключен генератор , а выходы соединены со вxoдa пI смеснтелей , другие входы которых соединены с выходамИ соответствующих одновпбраторов, а - со входами умножителей частоты , выходы которых соединены со входами соответствующих смесителей, другие входы которых соединены с умножителем частоты генератора стабильной частоты, а выходы - со входами триггеров Шмитта с дифференцирующими цепочками, выходы которых соединены со входами цифрового измерител  интервалов времени.

Измерительное устройство содержит расширитель интервалов вре.мепп между импульсами Л/, нроиорпнональных расходу потока жидкости, цифровой измеритель расщиренных иитервалов времеии и исключает зависимость выходного сигнала расходомера от скорости ультразвука в измер емом потоке жидкости за счет преобразовани  частоты со (иропорцпональпой скорости ультразвука С) следовани  интервалов времени Л в стабильную частоту (.) п за счет квантовани  в цифровом измерителе иптервалов времеии импульсами с частотой следовани  kF, iipoпо;рцнопальной скоростп ультразвука С.

На чертеже дана схема нредлагаемого устройства.

Расходомер содержнт акустпческнй преобразователь / с четырьм  ньезоэлементами

9-.

импульсный геэ , уснлитель ИМПУЛЬСОВ

нератор /, селективные усилители имиульсов 8 и 9, одновибратор Ю, 11 и измерительное устройство, содержащее смесители 12-16, генератор стабпльиой частоты 17, умножители частоты 18-21, триггеры Шмптта с дифференцирующими цепочками 22 п 23, цифровой измеритель интервалов времени 24.

Одииочные впдоимпульсы с геператора 7 одиовремещк) поступают на ньезоэлементы 2, 3 п 5 п подаютс  также на селективные усилители 8 и 9 дл  их запираии  па врем  излучени  импульсов. Период Т посылки импульсов иьезоэлемеитами обратно нропорциопален скорости С ультразвука в жидкости иотока и определ етс  известной схемой сии рокольца , образованного излучающим пьезоэлементом 5, потоком, приемным иьезоэлементом 4, усилителем импульсов 6, имиульсиым геператором 7 и равен Т-- i . , СF где D - рассто ние между излучаюнигм 5 и приемным 4 иьезоэлементами, равное диаметру трубы нреобразовател . Излученные пьезоэлементом 2 но потоку и пьезоэлеме |том 3 против потока импульсы поступают соответственно на ньезоэлементы 3 н 2 через врем  D t,, . ,(2) sin . (С -J- V cos .) D sin a (С - V COS 2) где а - угол излучени ; V - средн   скорость потока. Прин тые пьезоэлементами 3 и 2 имиульсы усиливаютс  соответственпо селективными усилител ми 9   8 и подаютс  на запуск одновибраторов // и 10. Последние вырабатывают короткие имнульсы длительностью /1 Т, причем каждый импульс с одиовибратора // опережает имиульс с одиовибратора 10 на врем  Д/, равное разности времени , и /, V, т. е. 2 Dctff X &f t,. - t.,. V .(4) С- -WJcOS a Поскольку C2 , членом , в знаменателе выражени  (4) пренебрегаем, тогда Из выражени  (5) видно, что инте:рвал Д/ меладу импульсами одновибраторов W к 11 пр мо пропорционален средней скорости потока V и значит пропорционален расходу потока. Наличие в выражении (5) знаменател  С обусловливает погрешность измерений от вариаций скорости ультразвука С. Импульсы с одновибрато1ров 10 и // подаютс  на измерительное устройство. Измерительное устройство расшир ет интервал At между импульсами одновибраторов 10 и //в («-J-1) раз, исключает зависимость выходного сигнала от скорости ультразвука С; измер ет цифровым из.мерителем расширенный иите,рвал времени. Измерительное устройство работает следующим образо.м. Генератор 17 вырабатывает гармонические колебани  с круговой частотой ыо. Гармоннческие колебанн  соо с генератора 17 подаютс  на смеситель 14 и умножитель частоты 20. На смеситель М нодаютс  также имиульсы с геиератора 7, кругова  частота первой гармоники равна со 2л/-. С.меситель 14 выдел ет су.ммарную частоту co-f соо. С выхода смесител  14 гармонические колебани  w + too/ подаютс  на смесители 12 и 13. На смесители 12 и 13 иодаютс  также периодические последовательности импульсов соответственно с одновибраторов 10 и //, частота следовани  которых равна F. Первые гармоники этих периодических последовательностей импульсов, подаваемых на смесители 12 и 13 (ири начальной фазе колебаннй, ноступающих с одповибратора 10 на смеситель 12, равной 0), равны соответственно (О/ и (о(/ + Д/). Смесители 12 и 13 выдел ют разности частот иодаваемых гармонических колебаннй. сигналы с которых, соответственно (равные ), нодаютс  ( ОО/ и 10о(/ + на умножители частоты 18 19. Последние умножают в ( «+) раз частоту иодаваемых на их колебаний. С выходов умножителей частоты 19 гармонические колебанн , равные ветственрю (п+) (Оо/ и (n+l)( (i + нодаютс  на смесители /5 и 16. На смесители 15 и 16 нодаютс  также гармонические колебани  /коо/ с умножител  частоты б , умножающего в п раз частоту гармонических колебаний генератора 17. Смесители 15 и 16 выдел ют разностную частоту подаваемых на их входы колебаний. С выходов смесителей /5 и 6 гармонические колебаии . соответствеппо равные Mai и ( /: J- 1) 0)0(/ +). подаютс  па входы триггеров Шмитта с дифференцируюии1ми leпочками 22 и 23. Триггеры срабатывают в момент нулевой фазы подаваемых па их вход гармонических колебаний. Пр моугольные импульсы с триггеров Шм-итта, сдвинутые относительно одни другого на интервал времени A/ (rt + 1) .t, дифференцируютс  дифференцирующими цепочками и иодаютс  на цифровой измеритель интервалов времени 24. С выхода триггера Шмитта с дифференцирующей ценочкой 23 ностуиает на цифровой измеритель интервалов времени 24 стартимпульс , с выхода триггера с дифференцирующей цепочкой 22 - стоп-импульс. Квантующие импульсы kF, пропорциональные скорости ультразвука С, подаютс  на цифровой измеритель интервалов вре.мени 24 с умножител  частоты 21, умножающего в k раз частоту нериодического сигнала F, поступающего на него с импульсного генератора 7. Количество нмнульсов, измеренное счетчиком цифрового измерител  интервалов времени 24 N At/fef ,(n+ 1) Л . 1 . Как видно из выражени  (8), входной сигнал цифрового измерител  интервалов времени 24 пр мо пропорционален средней скорости потока v и. не зависит от скорости ультразвука С. Расход жидкости равен произведению средней скорости потока на площадь поперечного сечени  преобразовател . Предмет и з о б ip е т е п и   Однокапальный ультразвуковой расходомер , содержащий акустический преобразователь , уоилитель, генератор, два селективных усилител , два одновиоратора, умножитель частоты и измерительное устройство, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности , измерительное устройство выполнено в виде генератора стабильной частоты, подключенного к входу смесител , к другому входу которого подключен генератор, а выходы соединены со входами смесителей, другие входы которых соединены с выходами соответствующих одновибраторов, а выходы - со входами умножителей частоты, выходы которых соединены со входами соответствующих смесителей, другие входы которых соединены с умножителем частоты генератора стабильной частоты, а выходы - со входами триггеров Шмитта с дифференцирующими цепочками, выходы которых соединены со входами цифрового измерител  интервалов времени.