Цифровой ультразвуковой измеритель скорости потока жидкости

 

CQO8 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗС5

ГОСУЙАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

H s o csotw cenpexea crhv (21) 3443299/18-10 (22)..27 ° 05.82 (46 ), 30.01.84. Вюл. Р 4 (72) О. И. Гуторов, В. И. Заинчковский и Г. П. Цивирко (53) 681.89(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 526827, кл. 0 01 Р 5/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 800652, кл. с 01 Г 1/66, 1979 прототип).

54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ, содержащий первое синхрокольцо, состояцее из последовательно соединенных излучающего и приемного преобразователей, усилителя и генератора им; пульсов, а также умножитель частоты, подключенный к выходу генератора импульсов, и выходной блок, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью .повышения точности измерения, он дополнительно снабжен вторым идентич„„SU.„1 7048 А ным синхрокольцом с умножителем частоты, двумя балансными преобразователями, избирательным усилителем, делителем и двумя фильтрами нижних частот., причем выходы обоих умножи. телей частоты подключены к входу первого балансного преобразователя, первь.й выход которого через избирательный усилитель и делитель, а второй выход через йервый фильтр нижних частот подключены к входам второго балансного преобразователя, выход которого через второй фильтр нижних частот подключен к выходному блоку.

2. Цифровой ультразвуковой измеритель скорости потока жидкости по п. 1, отличающийся тем,со что умножитель частоты выполнен в виде замкнутой цепи, содержащей импульсный фазовый детектор, фильтр нижних частот, регулируемый реактив- С ный элемент, автогенератор и делитель.

Ма4

1070483

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости и расхода жидких сред., Известен ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий из- лучающий и приемный преобразователи, усилитель, Формирователь, генератор импульсов запрета, формирователь импульсов возбуждения, два генератора . задержки, два формирователя коротких импульсов, схему ИЛИ, измерительный и регистрирующий блок Г11.

Недостатком. данного измерителя является невысокое быстродействие измерений, обусловленное прямым иэ- 15 мерением раэностной частоты биений, измерение которой при маль1х скоростях потока с высокой точностью требует увеличения времени измерения, что снижает быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуковой расходомер, содержащий синхрокольцо, состоящее из последовательно соединенных пьезоизлучателя, пьеэоприемника, усилителя и генератора импульсов, выходы кото : рого подключены к переключателю .направления излучения и умножителю, выход которого через реверсивный счетчик и запоминающее устройство подключен к выходному блоку, представляющемму собой выходной преобразователь, а также кварцевый генератор, выходы которого подключены к переключателю направления излучения, реверсивному счетчику и запоминающему устройству Е23.

Недостатком известного расходомера.является низкая точность измерения, обусловленная погрешностью от 40 попеременного излучения в обоих направлениях.

Пель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем,45 что цифровой ультразвуковой измеритель скорости потока жидкости, содержаший первое синхрокольцо, состоящее из последовательно соединенных излучающего и приемного преобразователей,50 усилителя и генератора импульсов, а также умножитель частоты, подключенный к выходу генератора импульсов, и выходной блок, дополнительно снабжен вторым идентичным синхрокольцом с умножителем частоты, двумя балансными преобразователями, избирательным усилителем, делителем.и двумя фильтрами нижних частот, причем выходы обоих умножителей частоты подключены к входу первого балансного преобразовате- 60. ля, первый выход которого через избирательный усилитель и делитель,, а втБрой выход через первый фильтр нижних. частот подключены к входам второго балансного преобразователя, вы- 65 ход которого через второй фильтр нижних частот подключен к выходному блоку.

Кроме тбго, умножитель частоты выполнен в виде замкнутой цепи, содержащей импульсный фазовый детектор, фильтр нижних частот, регулируемый реактивный элемент, автогенератор и делитель.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит излучающие 1 и 2 и приемные 3 и 4 преобразователи, усилители 5 и 6, генераторы 7 и 8 импульсов, умножители частоты с импульсно-фазовой автоподстройкой, состоящие из автогенераторов 9 и 10, делителей 11 и 12, импульсно-фазовых детекторов 13 и 14, фильтров 15 и 16 нижних частот и регулируемых реактивных элементов 17 и 18. Кроме того, в измеритель входят балансные преобразователи 19 и 20, избирательный ус литель 21, делитель 22, два фильтра 23 и 24 нижних частот и выходной блок 25, содержащий формирователь 26 импульсов, электронный счетчик 27 и формирователь 28 счетного интервала.

Ультразвуковой измеритель работает следующим образом..

Приемный преобразователь 3 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональнь|й его акустическому эквиваленту. Этот сигнал усиливается широкополосным усилителем 5 и запускает генератор 7 импульсов, представляющий собой ждуший блокинг-генератор, выход которого подключен к излучающему преобразователю 1. Для лучшего согласования жидкой среды с преобразователем его резонансная частота выбирается из условия

О 2 где „ — длительность импульса генератора 7.

Через время

В. и где P — расстояние между преобразо 1 вателями 1 и 3; скорость звука в жидкости; скорость потока, акустический сигнал достигает приемного преобразователя 3 и снова запускает генератор 7 импульсов.

Таким образом, в замкнутой цепи возникает автоциркуляция импульсов с частотой следования

V e

1 В„ аналогично в замкнутой цепи, состоящей из преобразователей 2 и 4, широкополосного усилителя 6 и генератора 8 импульсов, вырабатываются им1070483

Ч„(В + В ) В1В2

N°, 10( и сч пульсы автоциркуляции с частотой следования где  — расстояние между электроакустическими преобраэовате» уями 2 и 4.

Для исключения явления захвата при малых:скоростях потока величины

Р„ и Q выбираются иэ условия 0

Y+V V -V

С (Вин < С (1таХ

82 а В„

Выходной сигнал импульсно- Фазово l5 га детектора 13 через фильтр 15 нижних частот подается на реактивньй регулируемый элемент 17, входящий в состав LC-контура автогенератора 9, и доводит значение частоты на выходе 20 этого автогенератора до значения

Г1 с (, ( где К. - коэффициент деления делителей 11 и 12;

- частота следования импульсов на выходе делителя 11 частоты.

Аналогично на выходе автогенератора 10 вырабатывается последовательность. импульсов с частотой следования (.12 * 2(35 где f — частота следования импульсов на выходе делителя 12 частоты.

Эти высокочастотные сигналы поступают. на входы балансного преобразователя

19 частоты. 40

Сигнал. суммарной частоты биений выделяется избирательным усилителем

21 и равен

1 (=f ° (=к ((()=v„V«> +и„

Так как V ъ Чп и „+ P2 > 8„. 2(50

В„-е то членом V„ 1 можно пренебречь. в„в

При этом выражение для значения частоты f принимает следующий вид

<8

В. + В -55 и =r +и илии

Ье 1 2 Ь с В1В

Сигнал.разностной частоты биений выделяется фильтром. нижних частот и равен

< „-42 ="* с 8„8 +."и e1à )

1+ 2

Второй член этого выражения К (31 8 является полезным сигналом, а первый член выражения, зависящий от ч, должен быть исключен. Это делается с помощью второго балансного преобразователя 20, на выходе которого вторым фильтром 24 нижних частот выделяется полезный сигнал

Этот сигнал через формирователь 26 имимпульсов поступает на счетчик 27 импульсов, показания которого к концу интервала счета, определяемого сигналом с выхода формирователя 28 счетного интервала имеют значения

В + В

N „= t .е —, Х Ч

Если делители частоты выполнены на элементах двоична-десятичной системы, т.е. К = 10 (где n - число разряд дав), а длительность счетного интервала, выраженная в секундах, выбрана равной

В„

1 2 то показания счетчика имеют вид (и сч ((+ * откуда измеряемая скорость патока жидкости равна

Таким образом, цифровой ультразвуковая изиеритель скорости. потока жидкости позволяет обеспечить повыщение точности измерения за счет одновремепности зондирования потока в обоих направлениях, умножения частот синхрокольца, выбранного алгоритма обработки.

1070483

Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 11674/43

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,- 4

Составитель Н. Бурбело

Редактор М. Рачкулинец ТехредМ.Надь, КорректорА. Зимокосов