Ультразвуковой расходомер

 

Союз Советских

Социалистических

Республик й7 р(I (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 290378 (2i) 25Э278З/18-10 с присоединением заявки ¹â€”

1/бб

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2502.80. Бюллетень ¹ 7

81.121. .8) Дата опубликования описания 2502,80

A.Ï. Наумчук, Е.N. Вочканов, М.Ф. Корчагин, В.Д. Тумашов и Л.П. Журавлев (72) Авторы изобретения

Куйбышевский филиал специального конструкторского бюро по автоматике в нефтепереработке и нефтехимии

1 (71) За яв ител ь (5 4 ) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к измерительной техиике и может быть испоЛь. эовано для определения расхода в .нефтепереработывающей, нефтехими, ческой, химической и других отрас" лях, промышленности .

Известен ультразвуковой расходомер (1), содержащий одноканаль" ный акустический преобразователь и схему измерения, включающую усилители, генератор, два одновибратора, умножитель частоты, расшири= тель интервалов времени и цифровой измеритель расширенных интервалов времени. -- 15

Недостатки известного расходомера обусловлены тем, что возбуждение колебаний в синхрокольцах обеспечивается эа счет Флуктуаций напряжения питания или приема случайных 20 акустических сигналов, вследствие чего срывы колебаний из-за внешних воздействий могут привести к остановке процесса измерения. B результате снижается помехоустойчивость " 25 работы измерителя.

Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой расходомер (2), содержащий одно- . канальный акустический преобраэо- 30 ватель, два пьезоэлемента которого соединены C выходами двух соответст-. вующих генераторов зондирующих импульсов и входами двух соответствующих ключей,. выходы ключей через схему

ИЛИ подключены к входу усилителяФормирователя, выход которого через вторую схему .ИЛИ подключен к входу схемы управления, сигнальный выход которой соединен с входами двух схем И,.а два управляющих выхода которой соединены соответственно с другими входами двух схем И и управляющими входами двух ключей, выходы двух схем И подключены к входам соответствующих генераторов зондирую- щих импульсов и через схему выделения разностной частоты - к частотомеру.

В этом расходомере также низка помехоустойчивость работы из-эа случайных срывов автоколебаний в синхро.кольцах.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости работы расходомера.

Поставленная цель достигается тем, что расходомер снабжен схемой автоматического запуска, содержащий интегратор, два инвертора, автоге717543 нератор, три схемы ИЛИ-НЕ, три триггера, три схемы И-НЕ, пять формирователей импульсов, сигйализатор сбоя и одновибратор, причем выход интегратора через первый инвертор подключен к управляющему входу авто-, генератора и через первую схему

ИЛИ-НŠ— к входу установки единицы первого триггера, прямой выход которого соединен с входом первой схемы И-НЕ,- другой вход которой подключен к выходу автогенератора, вход установки нуля перного триггера подключен к выходу нторой схемы ИЛИ-НЕ, один вход которой соединен с выходом первого формирователя импульсон, а другой вход - с выходом второй схемы И.-НЕ, у которой один вход соединен с выходом первой схемы И-НЕ и входом первого формирователя импульсов, а другой

" вход подключен к выходу третьей . схемы ИЛИ-НЕ, входы которой соединены с выходами второго и третьего- ормиронателей импульсов, включенных на выходах второго триггера, входы триггера соединены с. входами соответствующих генераторов зондирую" щих импульсов, выход первой схемы

И-НЕ через второй инвертор и четвертый формирователь импульсов, а также через первый формирователь импульсов подключен к двум входам второй схемы ИЛИ и непосредствейно— к входу сигиализатора сбоя, выход автогенератора соединен с входом однонибратора, ныход которого пддключен к входу третьей схемы И-НЕ и через третий иннертор, пятый формирователь импульсов, третий триггер подключен к другому входу третьей схемы ИЛИ-НЕ, вход установки нуля третьего триггера соединен с входом установки нуля первого триггера, а выход третьей схемы И-HE соединен с вторым входом первой схемы ИЛИ-НЕ.

На фиг. 1 представлена блок-схема ультразвукового расходомера; на фиг. 2: — эпюры напряжения йа отдельных узлах схемы. Ультразвуковой расходомер содержит одноканальный акустический преобразователь 1, два пьезоэлемента 1.1 и 1.2 которого соединены с выходами двух соотйетствую. щих генераторов зондирующйх импульсон 2.1 и 2.2 и входами двух соответствующих ключей 3.1 и 3.2, выходы которых через схемы ИЛИ 4.1 и 4.2 и усилитель-формиронатель 5 подключены к входу схемы управления 6, сигнальный выход которой соединен с входами двух схем И 7.1 и 7.2, а дна управляющих выхода которой соединены соответственно с другими входами двух схем И 7.1 и 7.2 и управляющими входами двух ключей 3.1 и 3.2, вы-ходы двух схем И 7.1 и 7.2 подклю чены к входам соответствующих генераторов эондирун.щих импульсон 2.1 и

2.2 и через схему выделения разност.ной частоты 8 — к частотомеру 9, а также схему автоматического запуска, содержащую интегратор 10, выход которого через первый инвертор 11.1 подключен к управляющему входу автогенератора 12 и через первую схему ИЛИ-НЕ 13 - к входу установки единицы первого триггера 14, прямой выход которого соединен с входом первой схемы И-, НЕ 15, другой вход котброй подключен к выходу автогенера тора 12, вход установки нуля первого триггера 14 подключен к выходу второй схемы ИЛИ-НЕ 16,один вход которой соединен с выходом первого формиро15 вателя импульсов 17, а другой вход с выходом второй схемы И-НЕ 18, у которой один вход соединен с выходом первой схемы И-НЕ 15 и входом первого формиронателя 17, а другой вход

20 подключен к выходу третьей схемы

ИЛИ-НЕ 19, входы которой соединены с выходами второго 20 и третьего 21 формирователя импульсов, включенных на выходах второго триггера 22, входы триггера соединены с нходами соответствующих генераторов зондирующих импульсов 2.1 и 2,2, выход первой, схемы И-BE 15 через второй инвертор

11.2 и четвертый формирователь импульсов 23, а также через первый формирователь импульсов 17 подключен к днум. входам первой схемы ИЛИ 4.2 и непосредственно — к входу сигнализатору сбоя 24, выход автогенератора 12 соединен с входом одновибратора 25, выход которого подключен к входу третьей схемы И-НЕ 26 и через третий инвертор 11.3, пятый формирователь импульсов 27, третий триггер

28 подключен к другому входу третьей схемы И-НЕ 26, вход установки нуля третьего триггера 28 соединен с входом установки нуля первого триггера 14, a Üûõîä третьей схемы И-НЕ

26 соединен с вторым входом йервой

4 5 схемы ИЛИ- НЕ 13..

На фиг. 2 представлены эпюры напряжения на выходах следующих узлов схемы: 1 — интегрирующей цепи

10 при включении расходомера, ll автогенератора 12, Ш -схемы ИЛЙ-НЕ

4.2 при запуске, Ц -триггера 14, схемы И-НЕ 15, Ф вЂ” формирователь

17, 1 - схемы ИЛИ-НЕ 16,1 11 — адновибратора 25, - триггера 28, X - cxe-

55 мы И-НЕ 26.

Расходомер работает следующим образом.

С момента подачи питания íа схе- му конденсатор интегрирующей цепи

10 начинает Заряжаться до порогово6Î го значения отпирания твердотельных логических..схем. При этом через первую схему ИЛИ-НЕ 13 на входе установки. 1 . триггера 14 в течении времени заряда конденсатора будет действовать логический 0

717543

6 риода синхрокольца) и периодом, меньОдновибратор 25, запускаемый отрицательным перепадом каждого импульса генератора 12, формирует отрицательный импульс длительностью, большей, чем период синхрокольца, но меньшей, чем период автогенерато, ра 12 (см. э )Жру 8, фиг. 2), который подается на вход третьей схемы И-НЕ

26. Коротким импульсом на входе

ycтановки единицы третьего триг-. гера 28, формируемым из переднего фронта каждого импульса одновибратора 25 с помощью пятого фор мирователя импульсов 27; инвертора 11.3, триггера 28 установливается в 1 на прямом выходе, соединеннОм С вторым входом схемы И-НЕ 26.

Первый импульс, проходящий после этого на вход установки 0 триггера 28, вновь опрокидывает триггер в 0 на прямом выходе

l устанавливающий 1 на прямом выходе триггера 14 и соответственно на входе схемы И-НЕ 15.

После отпирания инвертора 11.1 автогенератор 12 начинает работать,,выдавая отрицательные импульсы с длительностью, меньшей ожидаемого значения времени прохождения сиг- " нала по акустическому тракту (пешим полутора — двух периодов синхрокольца (см. фиг. 2, эпюра 2) . На входе установки 1 триггера 14 после окончания заряда конденсатора будет иметься 1, не изменЯющая состояние триггера. Импульс автогенератора 12 в положительной полярности подается на второй вход схемы И-НЕ 15 и, поскольку на первом входе схемы имеется 1 . с выхода

И-НЕ 15, в отрицательной полярности этот импульс подается на формирователь импульсов 17, а после инвертора 11.2 — на формирователь импульсов 23. Сформированные из переднего и заднего фронтов короткие импуль сы через схему ИЛИ 4.2, устройство управления 6, схемы И 7.1 или 7.2 подаются на запуск генераторов зондирующих импульсов 2.1 или 2.2 соответственно, в зависимости от того, по какому синхрокольцу разрешена в данный момент работа от устройства управления б. Импульс с генера тора 2.1 или 2.2 возбу>кдает соот-. ветствующий пьезоэлемент 1.1 или

1.2 и в измеряемую среду излучается акутический сигнал. Спустя некоторое малое время после прохожде- ния первого импульса запуска устройство управления 6 переключает рас- ходомер на работу по второму син- хрокольцу и импульс запуска, сформированный из заднего фронта импульса автогенератора 12, запускает другой генератор зондирующих импульсов, импульс с которого возбужда ет второй пьезоэлемент, и в измеряемую среду излучается встречный акустический сигнал.

Устройство управления 6 снова переключает расходомер на работу по первому синхрокольцу. Второй" импульс запуска после. формирователя 17 подается на вход второй схемы ИЛИ-НЕ 16 и далее на вход установки нуля первого и второго триггеров 14 и 28 соответственно. Триггер 14 переключается, на входе схемы И-НЕ 15 устанавливается 0, запрещающий прохождение импульсов с генератора 12.

Весь проме>куток времени от первого до второго импульсов запуска „ на входе установки . 0 триггера

14 имеется 1, что обеспечивает вторая схемы И-НЕ 18, на одном входе которой в это время имеется нулевой потенциал с выхода схемы

И-НЕ 15. Это предотвращает ложное

-10

2$

30 опрокидывание триггера 14 по входу установки нуля сразу после посылки первого зондирующего импульса, когда в результате пролезания зондирующего сигнала через закрытый ключ на вход усилителя-формирователя 5 с последнего снимается импульс, проходящий затем на второй вход схемы И-НЕ 18.

При наличии разрешения работы по первому синхрокольцу ключ 3.1 к момечту приема акустического сигнала с. пьезоэлемента 1.2 открыт, и с выхода его через схему ИЛИ-НЕ 4.1 на усилитель-формирователь 5 поступает радиосигнал, который усиливается, формируется и передним фронтом импульса формирователя через схему

ИЛИ 4.2, устройство управления б, схему И 7.1 вновь запускает гене- ратор зондирующих импульсов 2.1, возбуждающий передающий пьезоэлемент 1.1. После этого устройство управления б вновь переключает расходомер на работу уже по второму синхрокольцу, для которого пьезоэлемент 1.2 является передающим, а пьезоэлемент 1.1 — приемным.

Одновременйо с "посылкой нового зондирующего импульса импульс с входа генератора 2.1 (2.2) через триггер

22, формирователи .20, 21, схему

ИЛЙ-НЕ 19 подается на вход схемы

И- HE 18 и далее через схему ИЛИ-НЕ 16 на вход установки 0 триггера

14, подтверждая 0 на входе

И-HE 15. Следующие импульсы после усилителя формирователя 5 также подтверждают 0 на входе И-HE 15.

Таким образом, в обоих синхрокольцах устанавливается автоциркуляция импульсов. При наличии расхода контролируемой среды через преобразователь 1 частоты синхроколец отличны друг от друга. Исключеиие методов совпадения импульсов встречных синхроколец обеспечивается устройством управления б.

717543 с

° (эпюра 9, фиг. 2). Перекрытия во времени положительных перепадов напряжений на входах И-НЕ 26 в течение всего времени нормальной работы расходомера в результате, оче. видно, не произойдет (см. эпюру 10, фиг. 2) .

Ультразвуковой расходомер, работающий по:.одному акустическому каналу одновременно по двум синхрокольцам, останавливается при срыве колебаний в любом иэ них. При этом импульсы с выхода усилителяформирователя 5 больше не поступают и триггер 28 очередным icopîòêéì импульсом с одновибратора 25 устанавливается в I." на прямом выхо.де, и на выходе схемы.И=.HE 26 появит. ся импульс, через схему ИЛИ-НЕ 13 устанавливающий триггер 14 в 1 на прямом"выходе, когда снова разфешается прохождение имйульса с генератора 12 через схему И-НЕ 15 на формирование двух импульсов запуска синхроколец. В дальнейшем процессы в схеме происходят аналогично. Повторный запуск синхроколец расходомера будет автоматически сигналов по

"акустическому тракту преобразователя 1, после чего схема автоматического запуска вновь отключается от расходомера.

Таким образом, расходомер автоматически запускается прИ включении и при любом нарушении нормальных условий прохождения сигнала по акус тическому и электронному трактам встречных cHHxpoKoJIeo, чем обеспечивается надежность функционирования расхбдомера.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, со« держащий одноканальный акустический преобраэонатель; два пьезоэлемента которого соединены» с ййхода ми двух соответствующих генераторов зондирующих импульсов и входами двух соответствующих ключей, выхбды кЛючей через схему ИЛИ полк»Мочейы к входу усилителя-формирователя, выход которого через вторую схему

ИЛИ подключен к входу схемИ управления, сигнальный выход которой соединен с входами двух схем И, а два управляющих выхода которой соединены соответственно с другими входами двух схем И и управляющими входами двух ключей, выходы двух схем И подключены к входам соответствующих генераторов зондирующих импульсов и через схему выделения разностной частоты - к частотомеру, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, расходомер снабжен схемой автоматического запуска, содержащей интегратор, два иннертора, автогеЯератор, три схемы ИЛИ-НЕ, три триггера, три схемы И-НЕ, пять формирователей импульсов, сигнализатор сбоя и однонибратор, причем выход интегратора через первый иннертор подключен к управляющему входу автогенератора и через первую схему

ИЛИ-НЕ к входу установки единицы первого триггера, прямой выход которого, соединен с входом первой схемы И-НЕ, другой вход которой подключен к выходу автогенератора, вход установки нуля первого триггера подключен к выходу второй схемы ИЛИ-НЕ, один вход которой соединен с выходом первого формирователя импульсов, а другой вход — с ныходом второй схема И-НЕ, у которой один вход соединен с выходом первой схемы И-НЕ и входом первого формирователя импульсов, а другой нход подключен к выходу третьей схемы ИЛИ-НЕ, входы которой соединены с выходами второго и третьего формирователей импульсов, включенных на выходах второго триггера, входы триггера соединены с входами соответствующих генераторов зондирующих импульсов, выход первой схемы И-НЕ через нторой,инвертор и четвертый формирователь импульсов, а также через первый формирователь импульсов подключен к двум входам второй схемы ИЛИ и непосредственно — к входу сигнализатора сбоя, выход автогенератора соединен с входом однонибратора, выход которого под.ключен к входу третьей схемы И-НЕ и через третий инвертор, пятый формирователь импульсов, третий триггер подключен к другому входу третьей схемы И-НЕ, вход установки нуля третьего триггера соединен с входом установки нуля первого триггера, а выход третьей схемы И-НЕ соединен со вторым входом первой схемы ИЛИ-НЕ.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 395724p . G 01 F 1/66, .1970, 2..Авторское свидетельство СССР

Р 479000, кл. G 01 F 1/66, 1972 (прототип) .