Одноканальный ультразвуковой расходомер

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (") 331029

I (б1) Дополнительное к авт, саид-ву (22) Заявлено 03.07.72 (21) 1803891/10 (51) М. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет

G 01 F 1/00

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (43) ОпУбликовано05.10.76.Бюллетень № 37 (53) УДК 681 121 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 27.12.76 (72) Автор изобретения

В.И. Филатов (71) Заявитель Специальное проектно †конструкторск бюро средств автоматизации нефтедобычи и нефтехимии (54) ОДНОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к измерителям расходов веществ и может быть использовано в различных отраслях промышленности при конструировании точных расходомеров.

Известны одноканальные ультразвуковые расходомеры, которые построены по фазовой (2J или импульсно-временной (31 схемам. Одноканальные расходомеры имеют преимущества перед двухканальными за счет исключения погрешностей, обусловленных асимметрией акустических каналов. Небольшую точность измерения среди одноканаль— ных расходомеров имеют частотно-импульсные схемы. Они имеют меньшую по сравнению с фазовыми и импульсно-временными 1б измерителями зависимость от изменений скорости ультразвука в измеряемой среде.

Известен также одноканальный ультразвуковой расходомер (1 j, содержащий схему синхрокольца, включающую последователь- 0 но соединенные усилитель, формирователь и генератор, подключенные к акустическому преобразователю, частотомер, счетчик и индикатор. Схема синхрокольца работает попеременно по потоку и против нее. Однако от- 25 мечается наличие погрешностей, обусловленных вариациями параметров среды за время измерения сначала в одном, а затем в другом направлениях, включением устройств запоминания, хранения и сравнения информации измерений по потоку и против него.

Предлагаемый расходомер содержит вторую схему синхрокольца, в каждой схеме синхрокольца к выходу формирователя подключены две схемы совпадения, другие входы которых соединены с выходами триггера, а выходы этих схем совпадения соединены со входом генератора; один — непосредственно, а другой — через одновибратор, входы триггера подключены к выходу генератора и к одному из выходов триггера счета, общего для двух схем синхрокольца, выходы триггера счета подключены также ко входам частотомера и счетчика, а вход егок выходам двух других схем совпадения, входы которых соединены с выходами формирователя соответствующей схемы синхрокольца и с выходом генератора противоположной схемы синхрокольца, выход одной из этих схем совпадения подключен к одно531029 му входу индикатора, а выход другой — ко второму входу индикатора и ко второму входу счетчика.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы напряжений.

Одноканальный ультразвуковой расходомер содержит две с,хемы синхрокольца, подключенные к акустическому пре образ ователю

1 с двумя пъезоэлементами 2 и 3. Каждая схема синхрокольца включает последовательно соединенные усилитель 4„(4 ), формирователь 5 (5 z ), схему совпадения 6 (6 ) и генератор 7 (7 z ). Между выходом формирователя 5 (5 ) и генераг тора 7„(7 ) включена другая схема совпадения 8„(8 ) и одновибратор 9 (9Q.Ко вторым входам схем с овпадения 6 и 8 (6 г и 8г ) подключены выходы триггера 10 (10 г ), входы которого подключены к выходу генератора 7 (7г ) и к одному из выходов триггера счета 11, общего для двух схем синхрокольца. Выходы триггера счета 11 подключены также ко входам частотомера 12, счетчика 13, а вход его — к выходам двух схем совпа— дения 14 и 15, входы которых соединены с выходами формирователя 5 (5г ) соответствующей схемы синхрокольца и с выходом генератора 7 z (7„) противоположной схемы синхрокольца. Выход одной из схем совпадения 14 подключен к одному входу индикатора 16, а выход другой 15к другому входу индикатора 16 и ко второму входу счетчика 13.

Устройство работает следующим образом.

Импульс с генератора 7 (7г) (фиг.2G или поступает на пьезоэлемент 3, Пьезоэлемент 3 излучает ультразвуковой импульс по потоку под углом с к оси преобразователя. Пройдя через измеряемую среду, ультразвуковой импульс поступает на пьезоэлемент 2. Принятый пьезоэлементом 2 импульс усиливается усилителем 4 (4z ), формируется формирователем 5 „(5z) в прямоугольный импульс (фиг. 2 д или g ) длительностью ф . Передним фронтом импульса формирователя 5 < (5г) через схему совпадения 6 (6г) запускается генератор

7 (7 г) . Далее процесс повторяется. Триггер 10 (10 ) находится в таком состоянии, при котором схема совпадения 6 (6 г ) пропускает, а схема 8 „(8 г ) не пропускает импульс формирователя 5„ (5г).

Частота следования импульсов генерато ра 7 < выражается по формуле

S e aL K Y СОМ)

Т )

1 а частота следования генератора 7 по формуле

5in@(С-V Соьо ) б т где 7 — период следования импульсов генератора 7„

Тг — период следования импульсов генератора 7г

10 D — внутренний диаметр акустического преобразователя;

V — скорость потока;

С вЂ” скорость ультразвука в измеряемой среде.

35 Разность частот ь - - = — Ч

5 тт 2о г пропорциональна скорости потока, а значит щ расходу.

П ри совпадении во время импульса генератора 7 с импульсом формирователя 5 на выходе схемы совпадения 15 образуется импульс, перебрасывающий триггер счещ та 1 1, работающий в счетном режиме, в другое состояние (фиг. 2 Ж ). Импульсом триггера счета 1 1 перебрасывается тригге 10 р (10z) в состояние, при котором схема совпадения 8 (8 ) сможет пропус ртить, а схема 6 < (6 ) не пропустит им— пульс формирователя 5 (5 ). Передним фронтом импульса формирователя 5, (5 ) через схему совпадения 8, (8г) запускается одновибратор 9 < (9 ) (фиг. 2 д или

) . .адним фронтом импульса одновибрь2 8). За тора 9 (9г) запускается генератор 7 ). Д ительность импульса одновибрато1 р „(9 ) выбирается из условия а 9 =? × Т ф ге 10 (0

Импульсом генератора 7 (7 ) т

2 гер 1 (10 ) возвращается в исходно положение.

При измерении обратного потока в мо4бмент совпадения во времени импульса генератора 7 г с импульсом формирователя 5 на выходе схемы совпадения 14 образуется импульс, перебрасывающий триггер счета 11.

Период импульсов триггера счета 1 1, оп9 ределяемый моментами совпадений импульсов генератора 7 (7z) с импульсами формирователя 5 (5 1 ), выражен формулой где М вЂ” количество полных периодов Т сТ

z (или 7 (Т„ ) за период T

После несложных преобразований полуЮ чают

531029 ь г=—

5+T д f

Поскольку 1 «<, о F =Af

Частота F следования импульсов триггера счета 1 1, пропорциональная расходу, измеряется частотомером 12.

Число К = — -импульсов триггера сче t

Т та 11, пропорциональное количеству жидкости, протекшей через преобразователь 1 за время +, измеряется счетчиком импульсов 13. Для реверсирования измеряемого количества жидкости при изменении направления потока на счетчик 1 3 подается сигнал со схемы совпадения 15. Индикатор 16 показывает направление движения потока в зависимости от сигнала, поступающего со схемы совпадения 14 или 15.

Таким образом, расходомер позволяет измерять расход и количество протекающей жидкости с указанием направления потока.

Формула изобретения

Одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий схему синхрокольца, включающую последовательно соединенные усилитель, формирователь и генератор, подключенные к акустическому преобразователю, щ частотомер, счетчик и индикатор, о т л ичающийся тем, что, сцельюповышения точности измерения, расходомер содержит вторую схему синхрокольца, в каждой схеме синхрокольца к выходу формирователя подключены две схемы совпадения, другие входы которых соединены с выходами триггера, а выходы этих схем совпадения соединены со входом генератора; одиннепосредственно, а другой — через одновибратор, входы триггера подключены к выходу генератора и к одному из выходов триггера счета, общего для двух схем синхрокольца, выходы триггера счета подключены также ко входам частотомера и счетчика, а вход его - к выходам двух других схем совпадения, входы которых соединены с выходами формирователя соответствующей схемы синхрокольца и с выходом генератора противоположной схемы синхрокольца, выход одной из этих схем совпадения подключен к одному входу индикатора, а выход другой — ко второму входу индикатора и ко второму входу счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР, ¹ 248269 кл. G 01 F 23/05, 02. 02.68.

2. Бражников Н.И. Ультразвуковая фазометрия . М.> "Энергия, 1968, стр.235.

3. Авторское свидетельство СССР № 284345, кл. (z 01 F 23/00, 15.05.69.

531029

Составитель В. Антипов

Техред A. Богдан Корректор А. Лакида

Редактор О. Филиппова

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

Заказ 5382/151 Тираж 864 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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