Ультразвуковой расходомер

 

О П И С А — 8"-И - ЕИЗОБРЕТЕНИЯ (щ 657255

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23л 1.76 (21) 2421780/18-10 с присоединением заявки И (23) Приоритет (5Ц М. Кл.

О 01 F 1/66

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 121. .8. (088. 8) Опубликовано 1Ы4;79. Бюллетень 36 14

Дата опубликования описания 1504.79 (72) Авторы изобретения

В.Л. Борцов и В.К. Хамидуллин (71) Змвитель

Ленинградский институт авиационного приборостроения (54) УЛЬТРАЗВУКОВОИ РАСХОДОИЕР

Изобретение относится к области технической акустики и может найти применение для контроля расхода жидкостей и газов.

Известны ультразнуковые расходомеры, включающие два электроакустических преобразонателя, генератор импульсов, усилители, регистрирующую схему и индикатор (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является известный ультразвуковой расходомер, содержащий генератор импульсон, два электроакустических преоб- 5 разователя, подключенных к выходам генератора импульсов, дна усилителя, подключенных к выходам соответствующих электроакустических преобразонателей,регистрируюшую схему, состоящую © из последовательно соединенных триггера и интегратора,и индикатор (2).

Недостатком известного устройства является наличие погрешности иэмеРе-. Ж ний, обусловленных тем, что выходной сигнал ультразвукового расхода зависит не только от скорости потока, но и обратно пропорционален абсолютной скороски ультразвука.

Целью изобретения является повышение точности измерений расхода путем исключения влияния колебаний скорости распространения ультразвука в контролируемой среде.

Цель достигается за счет того, что предлагаемое устройство снабжено последовательно соединенными схемой совпадения, блоком перестройки частоты, управляемым высокочастотным генератором и цифровым делителем частоты, при этом первый вход схемы совпадения соединен с выходом цифрового делителя частоты, второй вход — с выходом одного из усилителей, выход управляемого высокочастотного генератора соединен со входом генератора импульсов, а выход цифрового делителя частоты соединен с синхронизирующим входом генератора импульсов.

На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого ультразвукового расходомера; на Фиг. 2 (а, б, в) — эпюры напряжений, поясняющие принцип действия.

Ультразвуковой расходомер содержит два электроакустических преобРазователя 1 и 2, генератор импульсов 3, усилители 4 и 5, регистрирующую схему 6,состоящую из триггера 7

3 657 и интегратора 8, индикатор 9, схему совпадения 10, блок перестройки частоты 11, управляемый высокочастотный генератор 12, цифровс?й делитель частоты 13.

255 4 тельность, равную длительности принимаемой пачки импульсов, а амплитуду О Т равну

Кт ° (27

Электроакустические преобразователи 1 и 2 соединены с выходами генера5 тора импульсов 3 и со входами усилителей 4 и 5. Выходы усилителей 4 и 5 подключены к регистрирующей схеме б на оба входа триггера 7, выход которого соединен с интегратором 8. Выход интегратора 8 поцключен к индикатору 9. Выход одного из усилителей 4 подключен к схеме совпадения 10.

Схема совпадения 10, блок перестройки частоты 11, управляемый высо- 15 кочастотный генератор 12 и цифровой делитель частоты 13 соединены последовательно. Выход делителя частоты

13 подключен ко входу синхронизации генератора импульсов 3 и к второму 20 входу схемы совпадения 10. Выход управляемого высокочастотного генератора 12 соединен со вторым входом генератора импульсов 3.

Устройство работает следующим об- д5 разом.

Синусоидальное напряжение с выхода управляемого высокочастотного генератора 12 делителя в целое число раз

N и преофразуе-.ся цифровым делителем З0 частоты 13 в короткие прямоугольные импульсы, которые, воздействуя на вход синхронизации генератора импульсов 3, вызывают его запуск. Таким образом, частота генератора 12 в Й раз больше частоты генератора импульсов 3. Генератор импульсов 3 преобразует непрерывный сигнал генератора 12 в пачки, частота заполнения которых равна частоте генератора 12, а период следования определяется периодом следования импульсов на выходе цифрового делителя частоты 13. Длительность

Ср пачки определяется собственными параметрами генератора импульсов 3 и в процессе измерения не изменяется. 45

Пачки импульсов одновременно излучаются навстречу друг другу электроакустическими преобразователями 1 и 2.

Вследствие разной скорости распространения ультразвука по потоку и 50 против потока принятые пачки импульсов с выходов усилителей 4 и 5 приходят на триггер 7 схемы 6 со сдвиroM фаз ьч= — "- —, — ч, (<)

55 где 1 — частота управляемого генератора 12 высокой частоты; — расстояние между электроакус- 0

60 тическими преобразователями;

С вЂ” абсолютная скорость ультразвука в измеряемой среде; — скорость потока.

Выходной сигнал триггера 7 в.регистрирующей схеме б будет иметь дли- 65 где К„- постоянный коэффициент.

На вход интеграторов 8 (RC -цеди) регистрирующей схемы 6 поступает сигнал с триггера 7, имеющий форму импульсов с амплитудой U т, длительностью Тр и периодом повторения C

Поэтому выходное напряжение интегратора 0 будет

+ге к .г-.

U„Kn т сг ". (37

На схему совпадения 10 поступают сигналы с цифрового делителя частоты

13 (см. фиг. 2а) и с усилителя 4 (см. фиг. 2 б) . Выходное напряжение схемы совпадения 10 пропорционально временному рассогласованию сигналов (см. фиг. 2 в). Под действием этого сигнала блок перестройки частоты 11 изменяет период высокочастотных колебаний управляемого генератора 12 таким образом,чтобь скомпенсировать выходное напряжение cxew совпадения 10.

B момент компенсации период следования импульсов на выходе цифрового делителя частоты 13 будет равен времени распространения Г сигнала в исследуемой среде — (47 е

При этом частота управляемого генератора 12 будет равна — (57 и

Т где М- коэффициент деления цифрового делителя частоты 13.

Подставив значения частоты f заполневия пачек и периода следования Г из формул (4) и (5) в формулу (3), получим напряжение на выходе регистрирующей схемы

4 Cо

Uè= — 2KïKò NV (67

Из формулы (6 } следует, что выходной сигнал предлагаемого ультразву-. кового расходомера прямо пропорционален скорости потока и не зависит от абсолютной скорости ультразвука

С в контролируемой среде. Так как абсолютная скорость в реальных условиях подвержена значительным изменениям под действием температуры, давления, состава среды, то исключение зависимости показаний ультразвукового расходомера от этих возмущающих факторов имеет первостепенное значение и позволяет существенно повысить точность измерения расхода.

Чувствительность предлагаемого ультразвукового расходомера также выше, чем у прототипа, так как происходит сравнение разности фаз колеба657255

Формула изобретения и,р

А 2. 7

Составитель Е. Литвинов

Редактор И. Шубина Техред З.Фанта Корректор М. Демчик

Заказ 1777/38 Тираж 865 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ний частоты заполнения пачек сигналов, а не времени прихода импульсов.

Как известно, фазовые методы измерения являются наиболее точными.

Ультразвуковой расходомер, содержащий генератор .импульсов, два электроакустических преобразователя, подключенных к выходам генератора импульсов, два усилителя, подключенных к выходам соответствующих электроакустических преобразователей, регистрирующую схему, состоящую из последовательно соединенных триггера и интегратора, подключенную к выходам усилителей, и индикатор, о т л и ч а ю шийся тем, что,.с целью повышения точности измерений, он снабжен последовательно соединенными схемой совпадения, блоком перестройки частоты, управляемым высокочастотным генератором и Цифровым делителем частоты, при этом первый вход схемы совпадения .соединен с вы5 ходом цифрового делителя частоты, второй вход — с выходом одного из усилителей, выход управляемого высокочастотного генератора соединен со входом генератора импульсов, а вы 0 ход цифрового делителя частоты соединен с синхронизирующим входом генератора им .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

Р 395724, кл. G 01 F 1/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 421884, кл. G 01 F 1/ОО, 1974.