Ультразвуковой измеритель скорости потока

 

O=fl И-C-А-Н И Е „„696294

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.06.77 (21) 2492861/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51) М. Кт

G 01 F 1/ 66

Государственный кемктет сссР пп делам нзпйретеннй и открытей

Опубликовано 05.11.79. Бюллетень ¹41

Дата опубликования описания 15.11.79 (53) УДК 681 121 (088.8) (72) Автор изобретения

1О. Е. Ооодовскии

Центральное конструкторское бюро гидрометерологического приборостроения <сУКРГИПРОМЕЗ» (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при измерении скорости потока жидкостей или газов.

Известны ультразвуковые измерители скорости потока, основанные на автоциркуляции сигналов в синхрокольце, которое попеременно коммутируется в противоположных направлениях по потоку и против него.

Они содержат два электроакустических преобразователя, передающее и приемное устройства, включенные в схему синхрокольца, коммутатор, синхронизатор и схему измерения разности частот автоциркуляции. Измерители разности частот автоциркуляции построены на основе реверсивного счетчика или представляют собой двухканальную следящую систему. Однако для измерения разностной частоты требуется определенный интервал времени, что снижает быстродействие измерения. Кроме того,эти измерители разностной частоты не обеспечивают высокой точности измерений 11) и 12).

Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий два электроакустических преобразователя, соединенные через коммутатор с возможностью попеременного их подключения с приемным и передающим устройствами, синхронизатор, один из

ВыхОдОВ KoTopol 0 подключен K праВ,1я!Оц е—

Mv входу коммутатора, а другой — ко Входу передающего устройства, триггер. олин нз входов которого соединен с выходом приемного устройства, и блок выделения разност— ной частоты (3) .

В этом измерителе импульсы автоцнркуляций синхронизируют и фазируют когсрентные генераторы, которые сохраняют значение частот синхроколец, разность которых пропорциональна скорости потока. !ля регулирования частот когерентного генератор» требуется несколько периодов управлякнцсй частоты, что снижает быстродействие изморl. . ния.Одновременно с этим к когерентным генераторам предъявляются противоречивые требования: для обеспечения бы тролсйст— вия измерения они должны легко сннхронн2о зироваться и фазироваться, а для Обеспечения высокой точности измерения Они должны сохранять частоту колебаний прн отключении синхронизатора.

{:,(){ ) ? 94

1 Р, i! > ю ! 3 () б I ) с ) (. I I (i 5! в: I (T(. 5I I I OH I >I ! i (I I и с

0hlCTPO. I(ИСТВИЯ И ТО lli!)CTH {!ЗМЕР IIH5i.

Указ351н35! и :, i ii .()("! i! нет 5! Гс){, (т() в ультразвуковой ((амерii;à)ь cкорости (ютoка введены генератор {{остоянной частоты, подк,почеп({ый к игпальиым входам двух двоичных де({итс()еи {астоть{, и два буферных устройства, причем входы задания коэффициента деления делителей частоты соединены через коммутатор с ьозможностью попеременного Нх подключс ния " выходом три{тера, входы сороса кот lpl>lx соедHllcilhl с выходом синхронизатора, d выходы — — с выходами сoOTветствующих буферных устройств и c cooTветствую{{,ими входами OH;{хрон{(затop3 и блока выделения разнос{ной часто-ы, входы буферных устройств соедннены через коммутатор с возможностью цопере?{енного их подкл{очения с выходом приемника, вгорой вход триггеры соединен с выходом перс l3loщего устройства.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового измерителя; на фиг. 2 — временные диаграммы сигна Io!!.

Ультразв >KoBoH HH .(Ieрите )ь скорости потока содержит электроакусти>{с скис преобразователи 1 и 2, приемное устройство 3, передающее устройство 4, трипер 5, коммутатор 6, синхронизатор 7, геisep !Top 8 постоянной частоты, буферные устройства 9 и О, двоичные:IgJIHTE?Iè частоты 1! H 12 и блок выделения 13 разностной частоты. K3?K.Tûé

?(C,IHTC>!CÉ (3CTOTbl СОДЕРжнт счетчики !4 и 15, ключи 16 — 18, импульсы

19, поступающие с первого выхода синхронизатора 7 на коммутатор 6; 20 -импульсы, поступающие со второго выхода синхронизатора 7 II3 вход передаю{него устройства

4; 21 — импульсы на выходе IipHO IHolo устройства 3; 22 — им пуп ьсы II3 выходе три ггера 5; 23 и 24 -- импульсы нl! входах блов{>! {ел({{и5! p3:>IlocTHoH частот{>! 13.

Электрo3кустич cêHC прсобразовdòådè

1 и 2 соедин Hhl соответственно с прием{{ым устройством 3 и передающим устройством 4 через коммутатор 6 для возможности их попеременного переключения. Выходы устройств 3 и 4 соединены со входами триггера

5. Выход триггера 5 через коммутатор 6 -- cu входом задания коэффициента деления соответствующего двоичного делителя частоты

11 или 12. К сигнальным входам двоичных делителей 1! и 12 подключен выход генератора 8 постоянной частоты. Выходы делителей 11 и 12 обьединены с выходами буферных устройств 9 и 10 и соединены с соответствующими входами сипхронизатора 7 и блока выделения разностной частоты !3.

Входы устройств 9 и 10 соединены с коммутатором 6 для возможности попеременного подключения их к выходу устройства 3. Вход

28

25 зз (! ()

so

55 устройства 4 и входы сброса двоичных делителей частоты 11 и 12 соединены с соответствующими выходами синхронизатора 7.

Выход блока выделения рахностной частоты

13 является выходом ультразвукового измерителя скорости потока.

В приведенном примере конкретного исполнения ультразвукового измерителя скорости потока двоичные делители частоты

11 и 12 содержат двоичные счетчики 14 и 15, к счетным входам которых подключены выходы ключей 16 и 17. Выходы разрядов счетчика 14 через ключи 18 соединены со входами разрядов счетчика 15. Выход счетчика 15 соединен с управляющими входами ключей 18 и служит выходом двоичного делителя частоты. Одни входы ключей 16 и 17 образуют сигнальный вход двоичного делителя частоты, а другие управляющие входы ключей 16 и 17 образуют вход задания коэффициента деления. В предлагаемом устройстве могут быть использованы любые двоичные делители частоты, имеющие сигнальный вход, вход задания коэффициента деления и выход, при условии, что задание коэффициента деления может быть осуществлено подачей на соответствующий вход делителя сигнала, длительность которого пропорциональна этому коэфф и ц не нту.

Ультразвуковой измеритель скорости потока работает следующим образом.

Импульс 19 синхронизатора 7 переключает коммутатор 6 в одно из двух его состояний, при котором электроакустический преобразователь 1 соединен со входом приемного устройства 3, а электроакустический преобразователь 2 — с выходом передающего устройства 4. Выход устройства 3 при этом

)и)дключен ко входу буферного устройства 10, а выход триггера 5 соединен со входом задания коэффициента деления двоичного делителя частоты 1! . После этого импульс

20 синхронизатора 7 производит сброс счетчиков 14 и 15 двоичного делителя частоты 1! в нулевое состояние и одновременно запускает передающее устройство 4. Устройство 4 возбуждает преобразователь 2, излучак)щий акустический импульс, и переключает триггер 5, находящийся 1о этого в исходном состоянии. Акустический импульс за интервал времени Т1 проходит заданное состояние в контролируемой среде, принимается электроакустическим преобразователем I, преобразуется в электрический импульс, усиливается и нормализуется приемным устройством 3. Выходной импульс устройства 3 переключает триггер 5 в исходное состояние, и на выходе триггера 5 формируется импульс 22, длительность Т! которого равна времени прохождения фрон696294

5 том акустической волны расстояния между акустическими преобразователями 1 и 2

Т= а-; где L — расстояние между электроакустическими преобразователями;

С вЂ” скорость распространения звука в среде;

Ч> — составляюгцая вектора скорости потока, параллельная траектории распространения ультразвукового сигнала.

Знак (+) плюс в знаменателе означает, что составляющая V совпадает по направлению с вектором С. Передний фронт импульса

22 триггера 5 в момент излучения акустического сигнала поступает на вход задания коэффициента деления двоичного делителя частоты 11 и открывает кляч !6, одновремен но закрывая ключ 17. Импульсы генератора

8 в течение интервала времени Т5 поступают на вход двоичного счетчика 14 и в него записывается пропорционально этому интервалу число N 1. Выходной импульс 2! приемноfo устройства 3 в момент окончания импульса 22 триггера 5 поступает через буферное устройство 10 на клк)чи 18, открывает их и в счетчик 15 поразрядно переносится из счетчика 14 дополнительный код числа N1.

После этого ключи 18 закрываются. Так как в этот момент ключ 16 закрывается, а клю.

17 открывается, то счетчик 15 начинает заполняться импульсами генератора 8. Мох!еит переполнения счетчика 15 наступает через интервал времени, равный Tj . Импульс переполнения поступает на выход двоичного делителя 11, открывает ключи 18 и, так как после переполнения счетчик

15 обнуляется, то в него снова заносится дополнительный код числа N1, хранят!егося в счетчике 14. Далее процесс деления частоты генератора 8 на число N1 повторяется до тех пор, пока в счетчик 14 не будет вновь записано новое значение этого числа.

Выходные импульсы 23 двоич1гогo делителя частоты 11 следуют с частотой

Они поступают с ьч>!хоlа счетчика !5 на вход блока 13, а также на вход ckIHxpoнизатора 7 для синхронизации очередного импульса запуска передаю!цего устройства (диаграмма 20) .

В любой из моментов времени !после приема акустического импульса и возврата триггера 5 в исходное состояние очередной импульс синхронизатора 7 (11131рамма 19) включает коммутатор 6, который переключает выход триггера 5 к входу задания коэффициента деления двоичного делителя частоты 12, выход приемного устройства 3-ко входу буферного устройства 9, и соединяет преобразователь 1 с переда!О!цих! устройством 4, а преобразователь 2 — — с устройством 3. Далее в соответствующий счетчик двоичного делителя 12 записывается

55

Фор.)!1»1а пзобр »тени.ч

Ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий два электроакустич »Hll« преобразователя, соединенные через коммутатор с возможностью попеременного и« подключения с приемным и передающим ) ст* ройств11ми, синхронизатор, Один из в!>Iходов которого подключен к управляю!цему в«оду коммутатора, а другой — ко в«оду передаю6 коэффициент дс.l » н и я в в и де I H», jI < I 1 И ), пропорционального инт»рвал; вр»)!»Ни распространения акустического импуль»3 Тт.

H 3 Bh! XO 1» JC 1HT» 7kI 2 Il(! 51B. I kIIOT» И.;!И « l hсы 24, следующие с частотой

С-у т

3ти 115111$ 7h»hl Ilo»T« ll:-lloT kl3 втоРой Bxo 1 блока 13, а также на соответствуюи!ий в«од син«ронизатора 7 для син«ронизации момента запуска передаю1цего устройства 4 син«РО и и 3 3T o1) О ы. Б,!! 3 го 11 3 Р Я H 3.7 и ч и ю О У ф е Р и ы \

1!) устройств 9 и10 вы«одные импульсы двоичHhlx делителей частоты 11 или !2 не могут попасть на вход триггера 5 и вызвать его переключение. В моменты окончания записи в счетчик 14 двоичного делителя гастоты

11 (или !21 каждого нового значения числа

N1 (или N2), т. е., в мом»нты OHOI«l;Il»IH вы«одных импульсов 22 триггера 5, на вы«од» двоичного делителя частоты не фар«!пру»т»1!

klик3кОгО сигl1373, так как в этот мо«!»1Iт и» рсполнения счетчика !5 не происходит. Для

)!) того, чтобы в последовательщ)стя«импульсов 23 и 24 частот ti u tz и» оыло в эти моменты пропусков импульсов, в ННх вводятся выходны» импульсы 21 при»м!Инго устройства 3, подаваемы» чер»з буф»рное устрой Tво на входы блока 13 и син«ронизатора 7.

Так как посл»доват»льности им пуль»OB и fz подаются на соотв»тству!Ощи» в«оды синxронизатора 7, то последний выла»T к3ждый очередной импульс 20 B ilióñêki п»ред;Ikoщего устройства 4 только в олин из мом H3kk тов, совпадаю!циx с началом какого-либо из импульсов указаннь>«пос)1е1оват»г!!.н!)ст»й. и скачки фазы сигн3лов lj и 12 отсутствуloT.

На выходе блока Bhl.1»7»íèÿ разносе loй частоты 13 формируется сигнал с частотой

ы

Р „7; Т„ь;. пропорциональный измеряемой величине»êoрости потока К

Предлагаемый измеритель скорости потока обладает повн!ц!»Ннь!ч б)! !»трод»йстни»«1, так как формирует одиночны» интерва.lhl

4!) времени ра> пространения вкус тич»ск!Их»игналов и преобразует их неиоср»дственно н частоту цифровым способом. 3 i31>)I>» повышенной точностью, так как ToHIIo»òü изм»р»ния мгновенного значения скорости потока определяется постоянством частоты генератора 8. что может быть обеспечено простыми средствами.

696294

1 1, )г! 1

Щiс Z ()сс с

Составитель В. Антипов

Редактор О. Филиппова Техред О. Луговая Корректор Н. Степ

Заказ 6751//40 Тираж 844. Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щего х с(р()ист(3а. гlll 1 ер, (). IIIII из входов которого соединен с вых()д()м ирие31IIof ) сзройства, и блок выделения разностной часТОТЫ, ОТЛ(!Ч()>ОШ((ii(.i Г(. :.1, ЧГО, С ЦЕЛЬ)() Il<)!31)I щения быстродействия и точности измерения, в него введены генератор п(стояинои частоты, подключенный к сигнальным Bioдам двух двоичных делителей частоты, и два буферных устройства, причем входы задания коэффициента деления делителей частоты соединены через коммутатор с возможностью попеременного их подключения с выходом триггера, входы сброса соединены с выхо.(of)1 синхронизатора, c) их выходы -- с выходами соответствующих буферных устройств и с соответствующими входами синхронизатора и блока выделения разностной частоты, входы буферных устройств соединены через коммутатор с возможностью попеременного их подключения с выходом приемника, второй вход триггера соединен с выходом передающего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 1.604.378, кл. G 01 F 1/66, 1971.

2. Акц. заявка Великобритании

¹ 1330719, кл. Н 4 D, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР № 523355, кл. G 01 P 5/00, 1976.