Одноканальный ультразвуковой расходомер

Союз Советских

Социалистических

Республик

395724

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 03.1К1970 (№ 1419631/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 28Х111.1973. Бюллетень ¹ 35

Ч K,.s. 6 01f 1/00.Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам иэооретений и открытий х -ЧK 681.121: 534.321..9 (088.8) ; Дата опубликования описания 31.1.1974

Авторы изобретения

В. И. Филатов, А. Г. Сафин и E. А. Борисевич

Заявитель

ОДНОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОЧЕР

Изобретение касается расхода с помощью ультразвука.

В известных одноканальных ультразвуковых расходомерах, осуществляющих квант«ванне интервалов времени импульсами с ча- 5 стотой следования, пропорциональной скорости ультразвука, нс полностью исключается зависимость выходного сигнала от скорости ультразвука в измеряемой среде.

В предлагаемом устройстве для повыше- 1<< ния точности измерительное устройство выполнено в виде генератора стабильной частоты, подключенного к входу смесителя, к другому входу которого подключен генератор, а выходы сосд,шены со входами смеси- 1 > телей, другие входы которых соединены с выходами соответствующих одновибраторов, а выходы — со входами умножителей частоты, выходы которых соединены со входами соответствующих смесителей, друвис входы 2 которых соединены с умножителем частоты генератора стабильной частоты, а вы:оды— со входами триггеров Шмитта с дифференцирующими цепочками, выходы которых соединены со входами цифрового измерителя 2о интервалов времени.

Измерительное устройство содержит расширитель интервалов времени между импульсами М, пропорциональных расходу потока жидкости, цифровой измеритель расширен- 30 ных интервазов времени и исключает зависимость выходного сигнала расходомера от . скорости ультразвука в измеряемом потоке жидкости за счет преобразования частоты

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Расход«мер содержит акустический преобразователь 1 с четырьмя пьезоэлементами

2 — 5, усилитель импульсов 6, импульсный генератор 7, селективные усилители импульсов

8 и 9, одновибратор 1<7, 11 и измерительное устройство, содержащее смеситсли 12 — 16, генератор стабильной частоты 17, умножитсли частоты 18 — 21. триггеры Шмитта с дифференцирующими цепочками 22 и 23, цифровой измеритель интервалов времени 21.

Одшючные видоимпульсы с генератора

7 одновременно поступают на пьезоэлементы

2, 8 и 5 и подаются также на сслсктивные уси.штели 8 и 9 для их запирания на время излучения импульсов. Период Т посылки импульсов пьезоэлементами обратно пропорционален скорости С ультразвука в жидкости потока и опрсде IH<.TcH известной < xc ìîé син395724 хрокольца, образованного излучающим пьезоэлементом 5, потоком, приемным пьезоэлементом 4, усилителем импульсов 6, импульсным генератором 7 и равен

D 1

T =- (1) с где D — -расстояние между излучающим 5 и приемным 4 пьезоэлементами, равное диаметру трубы преобразователя.

Излученные пьезоэлементом 2 по потоку и пьезоэлементом 8 против потока импульсы поступают соответственно на ньезоэ I(ileilты

8 и 2 через время

D (2) sIn (С â€”, v cos 7) D (З) sin ((— v cos 1

20 где а — угол излучения;

17 — средняя скорость потока.

Принятые пьезоэлементами 8 и 2 импульсы усиливаются соответственно селектнв lblми усилителям(I 9 и 8 и подаются на запуск одновибраторов 11 и 10. Последние вырабатывают короткие имп ульсы длительностью

tI ((Т, причем каждый импульс с одновибратора 11 опережает импульс с одновибратора

10 на время Л/, равное разности времени У иt,,,,т.е.

30

2 D с(а 2

Лt= t,-,— f .,-,+ — v. (4)

С . — vз cos

Поскольку С ; асов c(, членом Рсоа(в знаменателе выражения (4) пренебрегаем, тогда

2DcIg

М вЂ” v.

С - (5) 40

Из выражения (5) видно, что интервал

Л1 между импульсами одновибраторов 10 и

11 прямо пропорционален средней скорости потока ц и значит пропорционален расходу потока. Наличие в выражении (5) знаменателя Cs обусловливает погрешность измерений от вариаций скорости ультразвука С.

Импульсы с одновибраторов 10 и 11 Iloдаются на измерительное устройство.

Измерительное устройство расширяет интервал М между импульсами одновибраторов 10 и 11 в (zz+1) раз, исключает зависимость выходного сигнала от скорости ультразвука С; измеряет цифровым измерителем расширенный интервал времени.

Измерительное устройство работает следующим образом.

Генератор 17 вырабатывает гармоничсские колебания с круговой частотой (по.

Гармонические колебания (п«1 с генератора 17 подаются на смеситель 14 и умножитель частоты 20. На смеснтель 14 подаются также импульсы с генератора 7, круговая частота первой гармоники равна (и = 2тР.

Смеснтель 14 выделяет суммарную частоту (o+(»o. С выхода смесителя 14 гармонические колебания ()+ «(О/ подаются на смесители

12 и 18. На смесители 12 и 18 подаются также периодические последовательности импульсов соответственно с одновибраторов

10 и 11, частота следования которых равна

F. Первые гармоники этих периодических последовательностей импульсов, подаваемых на смесители 12 и 18 (при начальной фазе колебаний, поступающих с одновибратора

10 на смеситель 12, равной О), равны соответственно «>1 и (п(l+Ì).

Смесители 12 и 18 выделяют разности частот подаваемых гармонических колебаний, сигналы с KQTopbix, соответственно,равные (>5( (oct и «lo(1+ ), подаются на умножители частоты 18 и 19. Последние умножают в (n+1) раз частоту подаваемых на их вход колебаний.

С выходов умножителей частоты 18 и

19 гармонические колебания, равные соотг( ветственно (и+1) (opl и (((+1)(по ((+,, ) подаются на смесители 15 и 16. На смеситсли 15 и 16 подаются также гармонические колебания z«3«l с умножителя частоты 20, умножающего в и раз частоту гармонических колебаний генератора 17.

Смесители 15 и 16 выделяют разностную частоту подаваемых на их входы колебании.

С выходов смесителей 15 и 16 гармонические колебания, соответственно равные (и«(и (n i-11

«I (1+ ), подаются на входы триг«о ()« герон Шмитта с дифференцирующими цепочками 22 и 28.

Триггеры Шмитта срабатывают в момент нулевой фазы подаваемых на их вход гармонических колебаний. Прямоугольные импульсы с триггеров Шмитта, сдвинутые относительно один другого на интервал времени

t(t = (ц + 1) («Л1, дифференцируются дифференцирующнми цепочками и подаются на цифровой измеритель интервалов времени 24.

С выхода триггера Шмитта с дифференцирующей цепочкой 28 поступает на цифровой измеритель интервалов времени 24 стартимпульс, с выхода триггера с дифференцирующей цепочкой 22 — стоп-импульс.

Квантующис импульсы kF, пропорциональные скорости ультразвука С, подаются на цифровой измеритель интервалов времени

24 с умножителя частоты 21. умножающего в

k раз частоту периодического сигнала F, поступающего на него с импульсного ге (ератора 7.

Количество импульсов, измеренное счетчиком цифрового измерителя интервалов времени 24

395724

N =ЛМЕ

4-.- Ф ctg (и -+- 1)

Л = гоо 1 (8) Предмет изобретения

Составитель Ж. Теслер

Текред T. Курнлко Корректор М. Лейзерман

Редактор T. Иванова

Заказ 12524/7 Изд. № 975 Тираж 755 Подпнсно

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР о делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Малоярославецкая городская типография Калужского областного управления издательств. полиграфии и книжной торговли

Как видно из выражения (8), входной сигнал цифрового измерителя интервалов времени 24 прямо пропорционален средней скорости потока v H. »e зависит от скорости ультразвука С. 10

Расход жидкости равен произведению средней скорости потока на площадь поперечного сечения преобразователя.

Одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий акустический преобразователь, усилитель, генератор, два селективных усилителя, два одновибратора, умножитель частоты и измерительное устройство, отличаю цийсч тем, что, с целью повышения точности, измерительное устройство выполнено в виде генератора стабильной частоты, подключенного к входу смесителя, 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 измерителя интервалов времени.