Ультразвуковой расходомер

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, последовательно, включенные усилитель, формирователь и генератор импульсов, выходы которого , подключены к пьезоэлементам, триггер и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что. с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей расходомера, в него введены две пары электронных ключей, преобразователь частота - напряжение, инвертор и фильтр нижних частот, причем вход усилителя подключен к пьезоэлементам через первую пару электронных ключей, выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера и входу преобразователя частота-напряжение , выход которого подключен к входу одного из электронных ключей второй пары непосредственно, а к входу другого - через инвертор, Р ж выходы электронных ключей второй пары подключены через фильтр нижних частот к регистрирующему устройству, при этом выходы триггера подключены, соответственно к управляющим входам электронных ключей первой и второй пар.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ylang 01 1/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЙ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1и

1 (21) 3446756/18-10 (22) 02.06.82 (46) 23.05.84. Бюл. № 19 (72) А.Н.Шувалов и M,Ã.Êoòåí (71) Туркменский государственный научно-исследовательский и проектный институт "ТуркменНИПИнефть" (53) 681. 121 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 201690, кл. 6 01 Г 1/66, 1965.

2. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количеств. "Машиностроение". Л., 1975, с. 540 (прототип). (54) (57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, последовательно включенные усилитель, формирователь и генератор импульсов, выходы которо-" го.подключены к пьезоэлементам, триггер и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, ÄÄSUÄÄ 1093897 A с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей расходомера, в него введены две пары электронных ключей, преобразователь частота — напряжение, инвертор и фильтр нижних частот, причем вход усилителя подключен к пьезоэлементам через первую пару электронных ключей, выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера и входу преобразователя частота-напряжение, выход которого подключен к входу одного из электронных ключей второй пары непосредственно, а к входу другого — через инвертор, выходы электронных ключей второй пары подключены через фильтр нижних частот к регистрирующему устройству, при этом выходы триггера подключены соответственно к управляющим входам электронных ключей первой и второй пар.

Ф 10

Изобретение относится к измери- . тельной технике, в частности к устройствам для измерения расхода жидкости.

Известен одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий акустический датчик с двумя пьезоэлементами, импульсный генератор, источник постоянного напряжения, два предварительных усилителя, два амплитудных детектора, выходной измерительный узел и регистратор 1 1).

Недостатком этого расходомера является низкая точность измерения, обусловленная зависимостью результата измерения от величины скорости распространения ультразвука в жидкости.

Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, последовательно включенные усилитель, формирователь и генератор импульсов, выходы которого подключены к пьезоэлементам, а также триггер, входы которого подключены к выходу формирователя, а выход - к регистрирующему устройству.

Работа расходомера основана иа измерении разности времен прохажде" ния ультразвуковых импульсов по направлению скорости потока и против него, которая равна

20vc soL

2 с где Ч вЂ” скорость потока измеряемой среды; с — скорость ультразвука в неподвижной среде;

8 — расстояние между пьезоэлементами; с — угол между направлением ультразвукового луча и осью трубопровода (2 3.

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения и невозможность измерения расхода ,знакопеременных потоков.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей расходомера.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя пьезоэлементами, последовательно включенные усилитель, формирователь и генератор импульсов, выходы которого подключены к пьезоэлементам, 93897 2 триггер и регистрирующее устройство, введены две пары электронных ключей, преобразователь частота-напряжение, ннвертор и фильтр нижних частот, причем вход усилителя подключен к пьезоэлементам через первую пару электронных ключей, выход генератора импульсов подключен к счетному входу триггера и входу преобразователя !

О частота — напряжение, выход которого подключен к входу одного из электронных ключей второй пары непосредственно, а к входу другого — через инвертор, выходы электронных ключей второй пары подключены через фильтр нижних частот к регистрирующему устройству, при этом выходы триггера подключены соответственно к управляющим входам электронных ключей первой и второй пары.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого расходомера.

Расходомер состоит из преобразователя 1 с пьезоэлементами 2 и 3, первой пары электронных ключей 4 и 5, усилителя 6, формирователя 7 . импульсов, генератора 8 импульсов, триггера 9 со счетным входом, преобразователя 10 частота — напряжение, инвертора 11 второй пары электронных ключей 12 и 13, фильтра 14 низких частот, регистрирующего устройства 15. Пьезоэлемент 2 через один ключ первой пары, например через

35 ключ 4, соединен со входом усилителя 6. Пьезоэлемент 3 через другой ключ первой пары, например через ключ 5, также соединен со входом усилителя 6. Выход усилителя 6 соединен со входом формирователя 7, выход которого соединен со входом синхронизации генератора 8 импульсов, два выхода последнего соединены с пьезоэлементами 2 и 3, а третий

45 выход соединен со счетным входом триггера 9 и со входом преобразователя 10 частота — напряжение, выход которого соединен со входом инвертора 11 и через один ключ второй

50 пары, например через ключ 12, соединен со входом фильтра 14 низких частот, выход инвертора 11 через другой ключ второй пары, например. через ключ 13, также соединен со входом фильтра 14 низких частот, выход ко55 торого соединен со входом регистрирующего устройства 15, один выход триггера 9 соединен с управляющими входами одних ключей каждой пары, (z 71)

Ц ж (% +V>)coseL

3 10938

Например со входами ключей 4 и 12, а другой выход, инверсный по отношению к первому, соединен с управляющими входами других ключей каждой пары, например со входами ключей 5

5 и 13.

Расходомер работает следующим образом.

В начальный момент после включения триггер 9 находится в произволь- 1р ном состоянии, например в таком, при котором сигнал .с одного его вы" хода открывает ключи 4 и 12, тогда сигнал с другого его выхода, инверсного по отношению к первому, закры- 15 вает ключи 5 и 13. Через некоторое время самопроизвольно срабатывает генератор 8 импульсов. Выходные сигналы генератора, поступая на пьезоэлементы 2 и 3, возбуждают в измеряе- gp мой среде движущиеся навстречу друг другу ультразвуковые импульсы. Одновременно выходной сигнал от генератора поступает на счетный вход триггера 9, переводя его в другое устой- 25 чивое состояние. При этом ключи 4 и 12 закрываются, а ключи 5 и 13 открываются. Ультразвуковой импульс от пьезоэлемента 3, пройдя по потоку протекающей среды, возбуждает в пьезо о элементе 2 электрический сигнал, кото рый через открытый ключ 5 поступает на вход усилителя 6, формирователя 7 . и далее на вход синхронизации генератора 8. Генератор 8 срабатывает, возбуждая в пьезоэлементах 2 и 3 ультразвуковые колебания и переводя триггер 9 в другое устойчивое состояние, при котором ключи 5 и 13 закрываются, а ключи 4 и 12 открываются. 40

Таким образом, в системе возникает режим автоколебаний причем длительность одного устойчивого состояния триггера равна времени прохождения ультразвукового импульса по по- 4> току и с+ ч созс

Длительность другого устойчивого состояния триггера равна времени прохождения ультразвукового импульса 50 против потока ( же °

2 с-чсОзЦ, Из приведенных выражений получаем S5

97 4

Частота колебаний

1 с v софд.

Т1+ь2 2 Г с

Пренебрегая в последнем выражении величиной 9 cos a(ввиду того, что с )> ч соз Ц,, и подставляя полученное иэ него значение скорости ультра" звука в формулу скорости среды, получаем

2 1 ч= — — f - — - —.

C050L Т + t1

Выходное напряжение преобразователя 10 частота — напряжение пропорционально частоте автоколебаний Ux f

Выходное напряжение инвертора 11 имеет такое же значение по абсолютной величине и противоположную поляр" ность.

Эти напряжения через ключи 12 и 13 поступают на вход фильтра 14 нижних частот. В связи с тем, что ключи управляются выходными сигналами триггера 9, на вход фильтра ниж них частот будут пропускаться импульс ные сигналы одной полярности, например О„ с длительностью одного устойчивого состояния триггера, например

Т2, и импульсные сигналы другой полярности, например, 0>, с длительностью другого устойчивого состояния триггера, например „. Среднее значе ние напряжения, выделяемое фильтром нижних частот будет

7 0+ 0

0 «.12 21к ср 7+, ь +ь

2 1

Таким образом, напряжение на выходе фильтра 14 нижних частот пропор ционально скорости потока в преобразователе и .не зависит от скорости ультразвука в неподвижной среде.

В качестве регистрирующего устрой ства может быть использован вольтметр либо преобразователь напряжения в выходной . унифицированный сигнал.

Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет автомати« ческой коррекции выходного сигнала на изменение величины скорости распространения ультразвуковых колебаний. Кроме того, устройство сохраняет работоспособность при знакопеременных потоках, что расширяет его функциональные возможности.

1093897

Составитель Н.Бурбело

Редактор О.Черниченко Техред О.Неие Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3410/32 Тираж 610 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4