Ультразвуковой расходомер

 

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕНИЯ

НМЕ

Союз Советснни

Соцналнстнческнх республик п11657254

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1207.76 (21) 2383719/18-10 с присоединением заявки Ма (23) Приоритет (53) И. Кл.

G 01 F 1/66

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1504,79.Бюллетень ЭВ 14

Дата опубликования описания 150479 (63) УДК 534 ° 232 (088. 8) P2) Авторы

НаебрЕтЕНИя В.И. Мжельский и А.В. Мжельская (71) Заявитель московский ордена Ленина энергетический институт (54) УЛЬТРАЗВУКОВОИ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к области технической акустики и может быть использовано для измерения скорости жидкости в трубопроводах различного диаметра или открытых каналах.

Известны одноканальные ультразвуковые расходомеры, измеряющие скорость потока фаэовым методом (1).

Недостатками данных расходомеров являются сильная зависимость показаний от скорости ультразвука в движущейся среде (например, при изменении температуры, концентрации и т.п.) и малый диапазон измерения скорости потока-при расстояниях между вибраторами более 0,1-0,2 м.

:Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одноканальный фазовый ультразвуковой расходомер, содержащий преобразователь с двумя вибраторами, к которым через переключающий блок подключена цепь из последовательно соединенных демодулятора, фазового дискриминатора, порогового устройства, блока управления частотой, ультразвукового генератора и модулятора, к одному входу которого подключен блок синхронизации, а к цругому входу — индикатор и фазовый детектор, вход которого соединен с переключающим блоком, а выход — с блоком управления частотой (2j.

При этом общий диапазон работы данного расходомера расширяется до 2,5%.

B реальных условиях изменение только скорости ультразвука в диапазоне температур 10-30 С составляет величину порядка 4Ъ. Следовательно, показания расходомера могут оказаться ложными.

Целью изобретения является упрощение конструкции и растаирение динамического диапазона измерения расхода.

Это достигается тем, что предлагаемый ультразвуковой расходомер снабжен блоком проверки динамического диапазона фазового детектора, содержащим последовательно соединенные делитель с управляемым коэффициентом деления частоты, низкочастотный генератор и задатчик режима проверки, причем делитель включен между выходом ультразвукового генератора и управляющим входом блока синхронизации.

На фиг. 1 изображена блок-схема описываемого ультразвукового расходомера; на фиг.2 — временные диаграмм, поясняющие его работу. ультразвуковой расходомер содержит вибраторы 1 и 2, переключающий блок З,фазовый детектор 4, выход ко657254 торого через блок упранления 5 подключен к входу ультразвукового генератора б, и индикатор 7, вход которого соединен с выходом ультразвукового генератора б. Расходомер содержит также блок проверки 8 динамического диапазона, н состав которого вхо-5 дят последовательно соединенные задатчик 9 режима проверки, низкочастотный генератор 10 и делитель 11. В состав расходомера входят блок синхронизации

12, блок модуляции-демодуляции, содер-0 жащий модулятор 13 и демодулятор 14, фазовый дискри« «натор 15 и пороговое устройство 16. Вибраторы 1 и 2 закреплены на трубопроводе 17, в котором измеряется скорость потока жидкости

18. Входы фазового детектора 4 соединены через переключающий блок 3 с нибраторами 1 и 2. Выход модулятора

13 через переключающий блок 3 соединен с одним из вибраторов 1 или 2.

Один выход ультразвукового генератора

20 б соединен с входом блока синхронизацииии 12 через делитель 11.Один из входов модулятора 13 соединен со вторым ныходом ул ьтраз ну Koвого генератора 6, а другой нход — с выходом блока син- 25 хронизации 12 частоты и с одним входом фазового дискриминатора 15. Второй вход фазового дискриминатора

15 через демодулятор 14 и переключающий блок 3 подключен к одному иэ виб-30 раторов 1 или 2, настроенному на прием ультразвуковых колебаний. Выход фазового дискриминатора 15 соединен через пороговое устройство 16 с суммирующим входом блока управления 5. 35

Устройство работает следующим образом.

Переключающий блок 3 соединяет ультразвуковой генератор б с вибратором 1, а фазовый детектор 4 — с вибратором 2. При прохождении колебаний от излучающего вибратора 1 до приемного вибратора 2 последние запаздывают, поэтому на входы фазового де- 45 тектора 4 приходят сдвинутые по фазе напряжения ультразвуковой частоты.

На выходе фазового детектора 4 появляется напряжение, зависящее от разности фаэ входных сигналов. С помощью 50 блока управления 5 это напряжение изменяет частоту ультразвукового генератора б до тех пор, пока выходное напряжение фазового детектора 4 не станет равным заданной величине. В следующий такт работы переключающего устройства 3 ультразвуковой генератор

6 соединяется с вибратором 2, поэтому направление акустических колебанИй противоположно вектору скорости потока. При этом запаздывание сигнала имеет меньшую величину, поэтому частота ультразвукового генератора 6 уменьшается до тех пор, пока разность фаз на выходе фазового детектора 4 не станет равной заданной величине. 65

Аналогичным образом работает и второй контур регулирования на частот.. модуляции. Модуляция колебаний осуществляется с помощью модулятора 13 и блока синхронизации 12, демодуляция — демодулятором 14. Пороговое устройство 16 подключает фазовый дискриминатор 15 к блоку управления 5 в случае, если фазовое соотношение сигналон на входе фазового дискриминатора 15 превышает заданное значение.

Для расширения полосы захвата н схему введен блок 8, который периодически устанавливает минимальную частоту модуляции Fù„-д н соответствии с требуемым диапазоном измерения, а затем переходит к более высокой (максимальной) частоте модуляции Fùä„ . Этот переход может осуществляться скачком или плавным изменением частоты модуляции от минимального до максимального значения. Максимальная частота модуляции

F ä„ определяется зоной захвата фазового детектора 4.

Влок 8 производит периодическую проверку диапазона работы фазового детектора 4 при плавном изменении частоты модуляции. Временные диаграммы его работы показаны на фиг. 2. При этом период импульсов задатчика 9 режима проверки определяет промежуток времени между двумя последовательными проверками (см. фиг. 2 a ).

Импульсы задатчика 9 поступают на вход низкочастотного генератора 10, являющегося, например, ждущим генератором пилообразного напряжения.Длительность пилообразного напряжения (см. фиг. 2 б) на выходе низкочастотного генератора 10 существенно меньше периода следования входных импульсов и определяется временем вхождения в синхронизм измерительного контура расходомера, т.е. его быстродействием. Пилообразное напряжение (фиг. 2 с ) низкочастотного генератора 10 поступает на делитель 11 по входу изменения его коэффициента деления. Делитель 11 может быть реализован при использовании двоичного счетчика и соответствующего полосоного фильтра. Перестройка коэффициента деления счетчика обеспечивается коммутацией обратных снязЕй. На высокочастотный вход делителя подается сигнал от ультразвукового генератора

6. Изменение частоты выходного сигнала делителя 11 при подаче на упранляющий вход пилообразного напряжения (фиг. 2 б) показано на фиг. 2 н.

Выходной сигнал делителя 11 фиг. 2 н изменяется н соответствии с изменением пилообразного напряжения фиг. 2 б н пределах от минимальной частоты модуляции Рп«„«« до максимальной Г„„о .

Выходной сигнал делителя 11 поступает н блок 12 синхронизации, где он синхронизируется по фазе с «астото««

657254 ультразвукового генератора 6. Далее работа схемы происходит обычным образом.

При низкой частоте Р„„„ происходит захват рабочей точки измерителя, т.е. установка правильного значения числа волн между вибраторами 5

1 и 2. Постепенное повышение частоты модуляции до F max не вызывает изменения числа волн между вибраторами 1 и 2, если быстродействие контура достаточно велико, т.е. если он не вы- )0 ходит из режима захвата.

Блок 8 может также вырабатывать одиночные импульсы при ручной установке режима захвата, либо при работе по заданной программе для про- у5 верки работоспособности расходомера после переходного процесса, вызванного изменением параметров потока.

Использование данного изобретения позволяет существенно упрощать систему регулирования при сохранении расширенного диапазона измерения расхода жидкости за счет исключения дополнительных контуров грубого отсчета. При работе на частоте модуляции предложенный расходомер позволяет ис- 25 пользовать контур точного отсчета как в режиме измерения, так и в режиме захвата требуемой частоты.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий акустический преобразователь с двумя вибраторами, к которым через переключающий блок подключена цепь иэ последовательно соединенных демодулятора, фазового дискриминатора, порогового устройства, блока управления частотой, ультразвукового генератора и модулятора, к одному входу которого подключен блок синхронизации, а к другому входу — индикатор и фазовый детектор, вход которого соединен с переключающим блоком, а выход — с блоком управления частотой, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения динамического диапазона, он снабжен блоком проверки динамического диапазона фазового детектора, содержащим последовательно соединенные делитель с управляемым коэффициентом деления частоты, низкочастотный генератор и эадатчик режима проверки, причем делитель включен между выходом ультразвукового генератора и управляющим входом блока синхронизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бригер Г.И. и др. Ультразвуковые расходомеры. N., Металлургия, 196 4, с. 307.

2. Заявка 9 2130410/10, кл. G 01 F 1/66, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

657254

ЦЮ

Я

F,Гц ил Put.2

Составитель В. Валуев

Редактор С. Хейфиц Техред H.Бабурка КорректорМ. немчик

Эаказ 1777/38 Тираж 865 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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