Ультразвуковой расходомер

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить функциональные возможности устройства, котороесодержит электроакустические преобразователи 1 и 2, коммутатор 3, ключ 4, задающий генератор 5, фазометр 6, фазовые детекторы 7 и 8, гетеродин 9, делитель 10 частоты, инвертор I1, D- триггер 12, элемент И 13, счетный триггер 14, -идущий мультивибратор 15, реверсивный счетчик 16 и стробируемый компаратор 17, Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет увеличить динамический диапазон измерения благодаря введению фазометра 6 с автоматическим смещением выходной величины на 21Т. Применение ключа 4 позволяет уменьшить погрешность устройства за счет устранения влияния мощного сигнала в цепях задающего генератора на фазу принимаемого сигнала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. . 3 (Л СП 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С O l F 1/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ф(4 (у ч ry q „Т

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !3

H A BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ БК :.. ! м у ) Фиг.1 (21) 3770130/24-10 (22) 06.07.84 (46) 23.07.86. Вюл. ¹ 27 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) В.Д.Глушнев (53) 681.121 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 731294, кл ° G 01 F 1/бб, 1980.

Патент США ¹ 2724269, кл. 73-194А, 1955. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить функциональные возможности устройства, которое содержит электроакустические преобразователи 1 и

2, коммутатор 3, ключ 4, задающий

„„SU„„1245887 А I генератор 5, фазометр 6, фазовые детекторы 7 и 8, гетеродин 9, делитель 10 частоты, инвертор 11, Dтриггер 12, элемент И 13, счетный триггер 14, . ..дущий мультивибратор

15, реверсивный счетчик 16 и стробируемый компаратор 17. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет увеличить динамический диапазон измерения благодаря введению фазометра 6 с автоматическим смещением выходной величины на 21Т.

Применение ключа 4 позволяет уменьшить погрешность устройства за счет устранения влияния мощного сигнала в цепях .задающего генератора на фазу принимаемого сигнала. ) з.п. ф-лы, 2 ил.

1245887

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях народного хозяйства для измерения расхода жидкости.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем увеличения дичамического диапазона измерения.

На фиг. 1 изображена блок-схема расхоцомера, на фиг. 2 — диаграммы его работы.

Ультразвуковой расходомер состоит из электроакустических преобразователей 1 и 2, коммутатора 3, ключа 4, задающего генератора 5, фазометра 6, содержащего фазовые детекторы 7 и 8, гетеродин 9, делитель 10 частоты, инвертор 11, D-триггер 12, элемент

И 13, а также из счетного триггера .14, выполняющего функции блока управления коммутатором, ждущего мультипибратора 15, реверсивного счетчика 16, выполняющего функции сумматора, и стробируемого компаратора 17.

Стробируемый компаратор служит для определения разности чисел п„ и пл: если накопленная разность фазовых сдвигов в сумматоре — 2ПЙ, (й — а t, ) меньше нуля, то n — и = 1. При этом по сигна 2 1 лу с компаратора выходная величина фазометра смещается на величину 28 и на выходе сумматора образуется истинное значение разности полных фа- зовых задержек сигналов ЛЧ

Фазометр может быть выполнен по схеме гетеродинирования сигналов, для этого он содержит первый и второй фазовые детекторы, реагирующие на переход фазового сдвига подаваемых сигналов через нулевое значение гетеродин, делитель частоты, D-триггер, инвертор и элемент И. Первые входы фазовых детекторов использованы, соответственно, в качестве первого и второго входа фазометра, вторые входы соединены с гетеродином, / а выход одного из них через делитель частоты подключен к установочному входу D-триггера, к синхровходу блока управления, выполненного в виде счетного триггера, и через инвертор — к элементу И, а выход другого фазового детектора — к тактовому входу D-триггера. Его D-вход является входом смещения фазометра.

Выход D-триггера подключен к второму

1входу элемента И, третий вход которорго подключен к выходу гетерОдина.

Выход элемента И является выходом фазометра. Количество импульсов на

5 его выходе в каждом такте коммутации пропорционально разности фаз сигналов, подаваемых на фазометр.

Для опре,целения разности этих импульсов сумматор выполнен в виде реверсивного счетчика.

Расходомер работает следующим образом.

2П

2П (f, — f,) 1 (1) f

Г О где f„ — частота колебаний сигнала гетеродина.

ЗО Под действием этих импульсов на выходе делителя 10 формируются тактирующие импульсы с длительностью

ЗТ, и скважностью, равной 2 (фиг.2).

По отрицательному фронту этих импульсов производится переключение

35 триггера 14 и изменение направления излучения ультразвука в контролируемую жидкость. В момент переключения триггера 14 срабатывает ждущий мультивибратор 15, который на время Т, меньшее время распространения сигнала между преобразователями 1 и 2, замыкает ключ 4. При этом в первом такте .излучения — приема сигналы с задающего генератора 5 излучаются преобразователем 1 по потоку жидкости и принимаются преобразователем 2.

В момент окончания синхроимпульса

D-триггер 12 находится в единичном состоянии, поэтому импульсы с гете50 родина 9 через элемент И 13 начнут поступать на вход счетчика 16, который в первом такте работает в инверсном режиме.

В момент начала счета t = 3T, сигналы гетеродина 9 и генератора 5 совпадают по фазе, значение которой отличается от фазы принимаемого сигнала на величину

Высокочастотный сигнал с задающего генератора 5 с помощью фазового детектора 8 сравнивается по фазе с сигналом гетеродина 9, частота коле— баний которого незначительно вьппе частоты задающего генератора f, „ В мо_#_ менты совпадения фаз фазовый детектор вырабатывает импульсы синхронизации, период следования которых равен

1245887 4 код на выходе счетчика 16, появится сигнал логической 1".

Во всем остальном работа схемы во втором такте излучения — приема повторяет работу в первом такте: в интервале времени между окончанием тактирующего импульса и поступлением импульса с фазового детектора 7 на

1 выходе элемента И 13 формируются

1р импульсы счета и счетчиком 16 производится счет импульсов в прямом направлении.

Длительность данного интервала (2) 2111, д где D

С,О диаметр трубопровода; скорость и угол распространения ультразвука в жидкости; средняя скорость жидкости. совпадение фаз сигналов, на фазовый детектор 7, в момент времени

Поэтому подаваемых происходит лЧ

2Й(Г, — f,) t,:=ЗТ + ЛТ =ЗТ, D (С вЂ” V sing ) cos9 д ч „

2Tl(f, — f, ) (3)

Ь1- о (5) где дч „= 211 дс д Т„- длительность сигнала счета в первом такте.

В момент времени t„ на тактовый вход триггера 12 с фазового детектора 7 поступит импульс, триггер 12 установится в нулевое состояние (так как в первом .такте на выходе компара. тора 17 всегда находится сигнал логи. ческого "0"), сигнал счета окончится и на выходе счетчика 16 образуется код отрицательного числа

at f, f

N = 4T К = ---1 — — — - " (4)

r, f — f

В момент времени 6Т произойдет переключение триггера 14 в состояние "1", при этом коммутатором 3 бу дет обеспечено излучение сигналов против потока жидкости и прямой счет счетчика 16, а на выходе компаратора 17, реагирующего на отрицательный

E — и

Г о (6) (at — д t )f г при и = n (ьТ, — ьТ +T)f = . "- при n — и, =1 (t. +ь t, — ь t,)f

Г о

Как следует из выражений (2) и (4) число N в обоих случаях соответствует истинной разности полных фазовых задержек и пропорционально измеряемой скорости и расходу жидкости.

В соответствии с выражениями (2), (3), (5) и (6) имеем

f — E„2Dtg9

f C

Г о

a + --. 2 Г(f (D и (C + V sinO) cosO как следует из выражений (1) и (2), может быть больше нуля (при и, = и„) и меньше нуля (при и, — n, = 1).

В первом случае на выходе компаратора 17 в момент поступления импульса с фазового детектора 7 будет сигнал .

Зр "0", триггер 12 установится в нулевое состояние и импульсы счета будут прерваны. Во втором случае на выходе компаратора 17.сигнал "1", поэтому триггер 12 останется в состоянии "1", а счет импульсов счетчиком 16 продолжится до появления второго импульФ са с фазового детектора 7, т.е. длительность счета возрастет на величину Т,, пропорциональную фазовому сдвигу 2m. Из выражений (4) и (5) получим значение для числа, накоплень&го в счетчике 16:

Таким образом, использование фазометра с автоматическим смещением выходной величины на значение 211 позволяет избежать грубых ошибок и расширить диапазон измерения расходо.метра. Применение ключа позволяет . уменьшить погрешность расходометра за счет устранения влияния мощного сигнала в цепях задающего генератора на фазу принимаемого сигнала.

1245887

))8

Ц«

Фиг. Z

ВНИИПИ Заказ 3986 31 Тираж 705 Подписное

Произв. — полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электро- 5 акустических преобразователя, подключенных через коммутатор к одному из входов фазометра, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, а выход — к сумматору, 10 а также блок управления коммутатором, выходом подключенный к управляющему входу коммутатора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможнос- 15 тей путем увеличения динамического диапазона измерений, в него введены стробируемый компаратор, ключ и ждущий мультивибратор, а фазометр выполнен с возможностью автоматического 20 смещения измеряемой величины на 211, причем между выходом задающего генератора и коммутатором включен ключ, управляющий вход которого через ждущий мультивибратор подключен к выхо- 25 ду изменения знака суммирования сум— матора и к стробирующему входу стробируемого компаратора, включенного между выходом умматора и входом ,смешения фазометра.

2. Расходомер по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что сумматор выполнен в виде реверсивного счетчика, а фазометр состоит из двух фазовых детекторов, гетеродина, делителя частоты, D-триггера, инвертора и элемента И, причем первые входы фазовых детекторов являются первым и вторым входами фазометра, их вторые входы подключены к гетеродину, выход одного из них через делитель частоты подключен к установочному входу

D-триггера, к синхровходу блока управления, выполненного в виде счетного триггера, и через инвертор — к элементу И, а выход другого — к тактовому входу D-триггера, D-вход которого является входом смещения фазометра, а выход подключен к второму входу элемента И, третий вход которого подключен к выходу гетеродина, а выход- является выходом фазометра.