Ультразвуковой расходомер

 

л

1 б (п)7 294

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Свае Свввтсиих

Сациаливтичееиих

Реслублии

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.03.78 (21) 2590236/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кле

G 01F 1/66

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (53) УДК 681.121.8 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (72) Авторы изобретения

В. С. Курулев и В. А. Чернышев (71) Заявитель (54) УЛЪТРАЗВУКО ВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения малых расходов.

Известен ультразвуковой расходомер, построенный по схеме с фазовой компенсаци- б ей междуканальной ассиметрии, который содержит одноканальный акустический преобразователь, два ключа, управляемых схемой логики, задающий генератор с делителями частоты, два смесителя, перестраивае- 10 мый фазовый компенсатор, два фильтра низкой частоты, нуль-детектор, схему формирования счетных импульсов, подключенную к схеме совпадения, и ряд других узлов (1). 15

Недостатками этого измерителя являются сложность схемы и необходимость ручной подстройки в процессе измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ультразвуко- 20 вой расходомер, содержащий одноканальный акустический преобразователь, два входа которого соединены с выходами двух ,ключей, одни входы которых подключены к выходу задающего генератора, а другие 2а входы — к выходу схемы логики, два смесителя, к одним входам которых подключен выход гетеродина, а выходы каждого из которых через соответствующие фильтры низкой частоты подключены к входам нуль- ЗО детектора (21.

Такой расходомер имеет недостаточную точность измерения, что обусловлено ассиметрией каналов. Электрические сигналы, проходящие по двум каналам схемы, имеют различную задержку ввиду разброса параметров, и при измерении малых расходов временной интервал между принятыми импульсами соизмерим с временной ассиметрией в каналах. Кроме того, временная ассиметрия приводит к тому, что градуировочная характеристика не проходит через нуль, что затрудняет обработку результатов измерения.

Целью измерения является повышение точности измерения.

Для этого в предлагаемый расходомер введены генератор счетных импульсов, схема совпадения, реверсивный счетчик и инвертор, причем выходы двух ключей подключены к другим входам соответственно двух смесителей, выход нуль-детектора соединен с одним входом схемы совпадения, другой вход которой подключен к выходу генератора счетных импульсов, а выход— к счетному входу реверсивного счетчика, выход схемы логики соединен с одним управляющим входом реверсивного счетчика и через инвертор — с другим управляющим входом реверсивного счетчика.

На фиг. 1 изображена структурная схема ультразвукового расходомера; на фиг. 2—

731294 временные диаграммы на выходах отдельных узлов устройства.

Ультразвуковой расходомер содержит одноканальный акустический преобразователь 1 с приемо-излучающими головками 2 и 3, задающий генератор 4, подключенный к входам двух ключей 5 и б, другие входы которых подключены к выходу схемы логики 7, а выходы соединены с входами акустического преобразователя 1 и входами двух смесителей 8 и 9 соответственно к другим входам смесителей подключен выход гетеродина 10, а выходы их через соответствующие фильтры низкой частоты 11 и 12 подключены к входам нуль-детектора

13. Генератор счетных импульсов 14 подключен к входу схемы совпадения 15, другой вход которой соединен с выходом нульдетектора 13. Выход схемы логики 7 соединен через инвертор 16 с одним управляющим входом реверсивного счетчика 17 и непосредственно — с другим управляющим входом реверсивного счетчика 17, счетный вход которого подключен к выходу схемы совпадения 15.

Расходомер работает следующим образом.

На ультразвуковые приемо-излучающие головки 2 и 3 и на входы смесителей 8 и 9 подается последовательность радиоимпульсов U» (см. фиг. 2), полученных модуляцией синусоидального сигнала. (индекс т обозначает амплитуду сигнала), U, = U, .sinu) t задающего генератора 4 импульсами U>, подаваемыми на ключи 5 и б (схемы совпадений) со схемы логики, U,=U, G(), где

G (t) = g Q,(t — nT) и а=1

1 пРи / 10; /о) .()>

0 при t- (0; t,j, где 1о — длительность радиоимпульса;

Т вЂ” период повторения радиоимпульсов;

n=0,1,2,...

Таким образом, U3 — аозт (t) sin ооt.

Сигналы, поступающие на ультразвуковые головки 2 и 3, преобразуются в ультразвуковые зондирующие импульсы, которые, пройдя через контролируемый участок потока, принимаются теми же ультразвуковыми головками 2 и 3 (длительность импульсов 4 должна быть меньше, а период повторения То больше времени пробега импульсов через контролируемый участок потока) и поступают на входы смесителей 8 и

9 после импульсов возбуждения U3. Таким образом, сигналы Уо и У» на входах сме4 сителей 8 и 9 представляют собой последовательности чередующихся возбуждающих и принятых импульсов

U„= " 4»>G (t >) $1П u)o (3 — >1); а» 74, sin®о Х

C+v) 10

25

Т б — (о о r) >и g + 1 8в — (о u>I) (t tM > >); где 1 — расстояние между ультразвуковыми головками;

20 С вЂ” скорость звука в контролируемой среде;

V — проекция средней скорости движения среды на направление распространения зондирующих импульсов; т — задержка сигналов в элементах схемы находящихся между ультразвуковой головкой 2 и входом смесителя 8;

L — задержка в акустическом преобра30 С,-, зователе на пути от ультразвуковой головки 3 к 2;

L т и — время задержки другого каС вЂ” v

35 нала.

На другие входы смесителей 8 и 9 поступает синусоидальный сигнал Uo с выхода гетеродина 10 Uo= Uo Cos o»„t.

Смесители 8 и 9 и гетеродин 10 служат для преобразования частоты несущих колебаний сигналов U и U». Смесители представляют собой нелинейные элементы, на выходе которых имеются колебания комбинационных частот ко+а, и ьо — ю„а также, 45 в зависимости от схемы смесителя, колебания других частот. Выходной сигнал смесителя 8 пропорционален произведению

U Uo, а смесителя 9 — U».(4. С выходов смесителей 8 и 9 сигналы поступают на фильтры низкой частоты 11 и 12, с помощью которых выделяются колебания разностной частоты ьо — о,. Сигналы U-, и U8 на выходах фильтров 11 и 12 представляют собой единичные периоды колебаний частоты ао — о„, так как для максимального использования возможностей расходомера обычно

2п полагают = to. о>О о>т

Фазы этих сигналов равны

9оа — ("о ш ) (Л " " ) 5

Ч вб — (о ®i) и < +

rpe Af — ; т1" и т " — задержки сиг о налов на участках от входов смесителей 8 и 9 до входов нуль-детектора 13.

С помощью нуль-детектора 13, срабатывающего в момент прохождения сигнала через нуль с отрицательной производной во времени, сигналы Ug u Ug преобразуются в последовательность импульсов прямоугольной формы Ug, состоящую из двух последовательностей Ug, и Uga (нуль-детектора 13 может состоять, например, из двух усилителей-ограничителей, формирующих из отрезков синусоиды прямоугольные импульсы положительной полярности, и R — S триггера, срабатывающего от задних фронтов импульсов, подаваемых на его входы) . Длительность импульсов в подпоследовательно- 20 сти Uga равна с = Мг + ", а длительность импульсов в подпоследовательности Uga равна 25 о 0 + 14, » (о шг) б где т =т1 — т — временная ассиметрия электронной схемы по це- 50 пям высокой частоты; т"=т1" — т " — временная ассиметрия электронной схемы по цепям низкой частоты.

Импульсы Ugq u Ugg попеременно откры- З5 вают схему совпадений 15, которая пропускает импульсы счета U>g, следующие с частотой f„c выхода генератора счетных импульсов 14 на рабочий вход реверсивного счетчика 17. Сигнал на входе реверсивного -10 счетчика 17 приведен на диаграмме U«. Реверсивный счетчик работает в двух режимах — сложения и вычитания поступающих на его вход импульсов.

В предлагаемом устройстве применена 45 наиболее распространенная схема реверсивного счетчика, имеющая один рабочий вход и два управляющих A +i и A(— ) (знак в скобках указывает на режим работы счетчика при подаче управляющего сигнала на этот вход. Поскольку вход А< > соединен с выходом схемы логики 7 через инвертор 16, реверсивный счетчик 17 при счете серии импульсов U«, работает в режиме вычитания, а при счете серии импульсов U«o — в режиме сложения соответствующий режиму сложения управляющий сигнал показан на диаграмме U

В итоге код на выходе реверсивного счетчика равен (о г) т. е. не зависит от временной ассиметрии каналов электронной схемы.

Формула изобретения

Ультразвуковой расходомер, содержащий одноканальный акустический преобразователь, два входа которого соединены с выходами двух ключей, одни входы которых подключены к выходу задающего генератора, а другие входы — к выходу схемы логики, два смесителя, к одним входам которых подключен выход гетеродина, а выходы каждого из которых через соответствующие фильтры низкой частоты подключены к входам нуль-детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор счетных импульсов, схема совпадения, реверсивный счетчик и инвертор, причем выходы двух ключей подключены к другим входам соответственно двух смесителей, выход нуль-детектора соединен с одним входом схемы совпадения, другой вход которой подключен к выходу генератора счетных импульсов, а выход — к счетному входу реверсивного счетчика, выход схемы логики соединен с одним управляющим входом реверсивного счетчика и через инвертор — с другим управляющим входом реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Патент CILIA № 3.935.735, кл. G 01F

1/бб, опубл. 1976.

2. Патент США № 3.050.997, кл. G 01F

1/бб, опубл. 1959 (прототип) .

73И84

Составитель В. Антипов

Техред А. Камышникова

Редактор T. Иванова

Корректор Л. Тарасова

Заказ 547/13 Изд. № 284 Тираж 810 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2