Ультразвуковой расходомер

ВСЕСО

% йЛтЕИ7 Оазнля 4у знб»„от " - Му тек-„у ОП ИСАН ИЕ

373535

Союз COBBTCKNR

Социалистическиа

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 20.IV.1971 (№ 1647227/18-10) с присоединением заявки №

М. Кл. б Olf 1/00

Комитет по делам изобретений и открмтий при Совете Министров

СССР

Пр иор итет

УДК 681 121 8 534 6 (088.8) Опубликовано 12Л11.1973. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 2il.V.1973

Авторы изобретения

Л. П. Журавлев и Г, Г. Воробьев

Куйбышевский филиал Специального конструкторского бюро по автоматике в нефтепереработке и нефтехимии

Заявитель

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР ()

Изобретение относится к области измерения расхода с помощью ультразвука.

Известные ультразвуковые расходомеры включают в себя пьезопреобразователи, два генератора, приемные усилители-ограничители, преобразователь импульсного напряжения в гармонические колебания, устройство выделения разностной частоты, содержащее частотный детектор, коммутатор, электронное реле времени и схему измерения.

Однако известные расходомеры отличаются невысокой точностью измерения, особенно в области малых расходов из-за наличия в них частотных детекторов для выделения разностной частоты, имеющих в данном случае большую погрешность. Это объясняется тем, что частота биений равна единицам гц в верхнем диапазоне измеряемого расхода и долям гт1 в области малых расходов, а выделение такой частоты с помощью частотного детектора и зарядно-разрядных емкостей сопряжено с большими погрешностями, так как выходное напряжение частотного детектора прямо пропорционально частоте биений и в данном случае оно соизмеримо с сигналом помехи.

Кроме того, частотный детектор имеет дополнительную погрешность на малых частогах за счет нелинейности его выходной характеристики. Ограниченные возможности частотного детектора сужают так же и диапазон измерения.

Другим недостатком известных расходомеров, влияющим на точность измерения, является отсутствие в них устройств контроля за статической («нулевой») ошибкой. В известных расходомерах обнаружение «нулевой» ошибки и ее устранение возможно только с помощью дополнительных лабораторных

10 приборов, поэтому уход «нуля» под влиянием изменения температуры, изменения параметров элементов схемы во времени и т. п. не будет замечен оператором, что приводит к снижению точности показаний расходомера.

15 Предлагаемый расходомер для повышения точности расширения диапазона измерения и упрощения настройки снабжен схемой предварительного вычитания и схемой индикации направления потока, а схема выделения раз20 постной частоты выполнена в виде двух триггеров, счетные выходы которых объединены соответственно со своими счетными входами логическими схемами «И», выходы с которых через логическую схему «ИЛИ» подключены

25 к выходной шине, одновременно счетный вход каждого триггера подключен ко входу установки «О» триггера противоположного канала и к выходу электронного вентиля соответствующего канала схемы предварительного

30 вычитания, а входы электронных вентилей

373535

65 подключены через линии задержки к выходам усилителей-ограничителей и ко входу схемы совпадения, выход которой подключен к мультивиоратору, а выход последнего подключен к управляющим входам электронных вентилеи, счетный выход триггеров схемы выделения разностной частоты подключен также через интегрирующую цепочку к снабженным индикаторам и пороговым усилителям схемы индикации направления потока. г1а фиг. 1 показана схема описываемого расходомера; на фиг. 2 — диаграммы напряжений в различных точках схемы.

Генераторы i (фиг. 1) работают с запаздывающеи обратной связью, т. е. каждый следующий импульс их генерируется из предыдущего, задержанного после излучения передающим пьезопреобразователем 2 в измеряемои среде и поступившего через приемныи пьезопреооразователь д и усилитель-ограничитель 4 на вход генератора. Одновременно импульсы с усилителя-ограничителя поступают в схему предварительного вычитания о, на вход соответствующих линий задержки 0 и на вход схемы совпадения i. сли площади импульсов последовательности, полученных против направления потока, перекрываются во времени с импульсами последовательности, полученных по направлению потока (на фиг. 2 диаграммы А и Б, импульсы а, о, в), то происходит запуск мультивибратора 8 импульса запрета, который своим импульсом закроет электронные вентили 9. Задержка импульсов обоих последовательностей в линиях задержки б необходима для того, чтобы при их совпадении запрещающий импульс мультивибратора 8 появился несколько раньше, чем задний (рабочий для последующей схемы) фронт входных импульсов. Это исключает сбой в работе схемы. Импульсы «запрета» несколько шире входных импульсов. Это необходимо для надежного перекрытия площадей входных импульсов. Начиная с импульса г, импульсы обеих последовательностей проходят вентили 9 и поступают в схему

10 выделения разностной частоты на вход установки «1» триггера 11 своего канала и на вход установки «0» триггера 11 противоположного канала (см. диаграммы А и Б ), Одновременно импульсы установки «1» и выходные импульсы триггера своего канала поступают на вход логических схем «И» 12.

Оба триггера находятся в режиме переключений с частотой входных импульсов (см. диаграммы А" и Б"). Совпадений в схемах 12 не происходит, так как входные импульсы всегда находятся в промежутках между импульсами на выходе триггеров. При наступлении следующего совпадения входных импульсов (импульс и последовательности А и импульс к последовательности Б) переключения триггеров

11 прекращаются. При этом триггер канала

А находится в исходном состоянии («О»), а триггер канала Б во взведенном состоянии («1»). В этом состоянии триггеры находятся

4. вплоть до импульса п последовательности Б, который поступает на вход обоих триггеров

11. Однако он не меняет состояния обоих триггеров, так как на триггер линии Б импульс поступает на вход установки «1», а триггер уже находится во взведенном состоянии; на триггер линии A импульс поступит на вход установки «О», а триггер тоже находится в «О» состоянии. На схеме 12 канала Б происходит совпадение потенциалов взведенного триггера и потенциала импульса и, который, пройдя схему 12, поступает через элемент «ИЛИ» 18 на выходную шину 14 (см. диаграмму «Выход»). Импульсы с выходов триггеров 11 поступают через интегрирующие цепочки КС в схему 15 индикации направления потока, на входы соответствующих пороговых усилителей 1б. В качестве этих усилителей могут быть взяты, например, триггеры

Шмитта. Импульсы высокой частоты (узкие импульсы) фильтруются интегрирующими цепочками, а широкий импульс выделяется, уси.ливается и питает индикаторную лампу 1г, указывающую направление потока с частотой

ivIHI àHHÿ, равной разностной частоте. Ширина импульса мигания лампочки определяется количеством импульсов, задержанных схемой предварительного вычитания, т. е. в конечном счете шириной импульса мультивибратора запрета. Поскольку выделение разностной частоты в данном расходомере производится с абсолютной точностью, так как выделяется каждый лишний импульс одного из каналов, независимо от величины разностной частоты (в известных расходомерах с частотным детектором разностную частоту определяют всегда с какой-то погрешностью), то инструментальная погрешность от установки «О» прибора является единственной погрешностью данного расходомера. Эта ошибка заключается в наличии разностной частоты при отсутствии потока за счет ассиметрии в схемах обоих генераторов, возникшей по разным причинам (температурное влияние, изменение параметров элементов схемы со временем и т. п.).

С помощью схемы индикации направления потока можно всегда перед началом работы не только определить знак и величину нулевых биений (по частоте миганий лампочки соответствующего канала), т. е. ошибку нулевых показаний, но и с помощью сопротивления Я„(одного, либо двух спаренных, выведенных на одну ось) уменьшить (устранить) до любой минимальной величины частоту этих биений. Меняя напряжение смещения

Е,, можно менять рабочую точку усилителя

4 и устранять ассиметрию. Лссиметрию можно устранить также вращением регулировочного винта, изменяя положение одного из пьезопреобразователей, т. е. изменяя расстояние между датчиками в небольших пределах.

Условно эти элементы настройки не приведены на чертеже, а приведены элементы элек373535 тронной настройки. Настройку контролируют по миганию лампочек. Если есть ассиметрия, то мигает одна из лампочек в такт частоте биений. Если в процессе регулировки замигала вторая лампочка, а первая погасла, то перешли через «О». Чем медленнее мигает лампочка, тем точнее настройка, тем меньше погрешность.

Относительную погрешность в % (+0TH % ) определяют как отношение периода Т„„, колебаний разностной частоты при измеряемом расходе к периоду То колебаний частоты нулевых биений:

Л„„% = — — "*Х 100%. к раск

То

При заданной погрешности не более 1% и при разностной частоте измеряемого расхода в 10 га время одного мигания лампочки при нулевых биениях не должно быть меньше, чем: отн % 1 при заданной Л„, % =0,1%, То)100 сек и т.д.

С помощью прибора можно постоянно контролировать направление потока, который для некоторых технологических систем, где направление потока зара..ее неизвестно, может им ть существенное значение.

Предмет изобретения

Ультразвуковой расходомер, выполненный по двухканальной схеме, содержащий в каждом канале приемный и передающий пьезопреобразователи, генератор с запаздывающей обратной связью, усилитель-ограничитель и схему выделения разностной частоты, отличаюи1ийся тем, что, с целью повышения точ10 ности, расширения диапазона измерения и упрощения настройки, он снабжен схемой предварительного вычитания и схемой индикации направления потока, а схема выделения разностной частоты выполнена в виде

15 двух триггеров, счетные выходы которых объединены соответственно со своими счетными входами логическими схемами «И», выходы с которых через логическую схему «ИЛИ» подключены к выходной шине, одновременно

20 счетный вход каждого триггера подключен ко входу установки «О» триггера противоположного канала и к выходу электронного вентиля соответствующего канала схемы предварительного вычитания, а входы электронных

25 вентилей подключены через линии задержки к выходам усилителей-ограничителей и ко входу схемы совпадения, выход которой подключен к мультивибратору, а выход последнего подключен к управляющим входам элек30 тронных вентилей, счетный выход триггеров схемы выделения разностной частоты подключен также через интегрирующую цепочку к снабженным индикаторами пороговым усилителям схемы индикации направления по35 тока.

373535 Риг.!

Аа -d о г а е я и к л м и о и р с m (! ! I 1 I л(м(н(! о! и! р с m у Ф!! 11!

1 11 1

1 I 1! !

I !!

1 1

1 ! ! ! !

I l

b (I 1

1 I!

1I! 1 ! !I 1 t ! 1 !

I! ! ! !

М б

1 I I I 1 11

Выход

1 I 1 11

1l Риг.2

Составитель )K Теслер

Техред Л. Грачева

Корректор Л. Чуркина

Редактор С. Хейфиц

Заказ 1426/5 Изд. № 1333 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1 I I а!о161г! д Е и и к

I

I ! ! 1 1

11

11 11

1 !1