Двухканальный ультразвуковой расходомер

 

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ю775623 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 05.01.79 (21) 2709366/18-10 с присоединением заявки ¹ (53)M. Кл.

G F 1/66

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 01080. Бкзллетень + 40

Дата опубликования описания 301 080 (53) УАК 681.121 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е.М.. Бочканов, A.Ï. Наумчук, Л.П. Журавлев и А.A. Сафронов

Куйбышевское специальное конструкторское бюро ттаучнопроизводственного объединения "Нефтехймавтоматика" (71) Заявитель (54 ) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ PACX0ДОИЕР

Изобретение относится к области измерения расхода жидкости с помощью ультразвука.

Известны двухканальные частотноимпульсные ультразвуковые расходомеры, содержащие передающие пъеэопреобразователи, приемные преобразователи, подключенные к усилителям приемных сигналов, генераторы ультразвукОвых колебаний и блок измерения разностной частоты Г11.

Недостатком таких устройств является большая погрешность измерений.

Наиболее близкое к изобретению техническое решение — двухканальный 15 ультразвуковой расходомер, содержащий блок запуска, выполненный в виде последовательно соединенных логического узла и генератора запуска, блок измерения разностной частоты, а в 20 каждом канале — последовательно соединенные генератор ультразвуковых колебаний и излучающий пъезопреобра" зователь, приемный пъезопреобразователь и усилитель сигналов 12). 25

К недостаткам этого устройства относятся невысокие точность измерений и функциональная надежность,обус; ловленные погрешностями электронных схем и акустических .трактов, а также 30

2 особенностями функционирования блока измерения разности близких часТоТ синхроколец и блока запуска расходомера.

Цель изобретения — повышение точности измерений и функциональной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый расходомер введены интеграторы, триггеры, линии задержки, одновибраторы, инверторы и логические элементы И, ИЛИ. При этом к одному из входов логическог6 узла блока запуска подсоединен выход первого интегратора, вход которого подключен к шине питания, ко второму и третьему входам логическо-. го узла блока запуска подсоединены инверсные выходы первого и второго триггера, прямые выходы которых под" ключены к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора запуска. Выходы указанных элементов И подсоединены к первым,входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены ко входам генераторов ультразвуковых колебаний соответствующих каналов расходомера. Вторые входы элементов ИЛИ

775623 подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, к четвертому и пятому входам логического узла блока запуска, к выходам третьего и четвертого элементов И соответственно первого и второго каналов расходомера и первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы которых через первый одновибратор подсоединены к выходу третьего элемента ИЛИ. Выходы пятого и шестого элементов И подключены соответственно через второй и третий одновибраторы к третьим входам пятого и шестого элементов И, к первому и второму входам четвертого элемента ИЛИ,выход которого соединен со входом бло- ка измерения разностной частоты. Входы первого и второго триггеров соответственно через второй и третий интеграторы подключены к первым входам третьего и четвертого элементов

И первого и второго каналов, вторые входы которых подсоединены ко входу блокировки усилителя соответствующего канала и через линию задержки и четвертый одновибратор, другую линию задержки и пятый одновибратор соответственно — к выходам этих усилителей. Между выходом четвертого одновибратора и первым входом третьего элемента И, выходом пятого одновибратора. и первым входом четвертого элемента И включены соответственно первый и второй инверторы.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого двухканального ультразвукового расходомера.

Расходомер содержит блок запуска, состоящий из последовательно соединенных Логического узла 1 и генератора 2 запуска, подключенных к шине

3 питания через первый интегратор

4, блок 5 измерения разностной частоты. Каналы расходомера включают в себя гейераторы 6 и 7 ультразвуковых. колебанйй, излучающие пъезопреобразователи 8 и 9,приемные пьезопреобразоватЕлй 10 и ll,óñèëèòåëè 12 и 13 сигналов. Устройство содержит также первый 14 и второй 15 триггеры,первый 16 и второй 17 элементы И,второй

18 и третий 19 интеграторы, первый

20 и второй 21 элементы ИЛИ, установленные в соответствующих каналах расходомера и подключенные своими выходами ко входам генераторов 6 и 7, а треТий 22 и четвертый 23 элементы И размещены соответственно в первом и. втором каналах расходомера, третий, 24, четвертый 25 элементы ИЛИ, пятый

26, шестой 27 элементы И, первый 28, второй 29 и третий 30 одновибраторы, установленный в первом канале четвертый одновибратор 31, подключенный через первую линию 32 задержки к элементу И 22, установленный во втором канале пятый одновибратор 33„ подключенный через вторую линию 34 задержки к элементу И 23, инверторы

35 и 36.

Ко второму и третьему входам логического узла 1 подсоединены инверсные выходы триггеров 14 и 15, прямые выходы которых подключены к первым входам элементов И 16 и 17, вторЫе входы которых объединены и подключены к выходу генератора 2 запуска. Выходы элементов И 16 и 17, подсоединены к первым входам элемен о тов ИЛИ 20 и 21,вторые входы которЫх подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ 24, к четвертому и пятому входам логического узла 1 блока запуска, к выходам элементов

)$ И 22 и 23 и к первым входам элементов

И 2б.и 27,вторые входы которых через одновибратор 28 подсоединены к выходу элемента ИЛИ 24. Выходы элементов

И 26 и 27,подключены соответственно

-2О через одновибраторы 29 и 30 к третьим входам элементов .И 26 и 27 к первому и второму выходам элемента ИЛИ 25, выход которого соединен со входом блока 5 измерения разностной частоты.

Входы триггеров 14 и 15 соответственно через интеграторы 18 и 19 подключены к первым входам элементов И 22 и

23 первого и второго каналов, вторые входы которых подключены ко входу блокировки усилителя 12 или 13 соотЗб ветствующего канала и через линию

32 задержки и одновибратор 31, другую линию 34 задержки и одновибратор

33 соответственно к выходам этих усилителей, причем между выходом од35 новибратора 31 и первым входом элемента И 22, выходом одновибратора 33 и первым входом элемента И 23 включены соответственно инверторы 35 и

36.

4О Работает предлагаемое устройство следующим образом.

С момента подачи напряжения на шины питания расходомера интегратор

4 начинает заряжаться и спустя определенное время запускает генератор

2 через логический узел 1 блока запуска. К этому моменту на первых входах элементов И 16 и 17 дежурит логическая единица, подаваемая с прямых выходов триггеров 14 и 15. HMпульсы запуска, формируемые генератором 2, через элементы И 16 и 17 и первые элементы ИЛИ 20 и 21 подаются на вход ждущих генераторов б и 7 ультразвуковых колебаний, сигнал с которых идет на возбуждение передающих пъезопреобразователей 8 и 9.

Акустический сигнал после прохождения акустического тракта соответствующего канала возбуждает приемный

Я} пьезопреобразователь 10 и 11.Ýëåêòðèческий сигнал затем усиливается приемным усилителем 12 или 13, после чего запускает одновибратор 31 или 33 длительностью импульса, нена.. но$$ го меньшей ожидаемого значения

775623

T„=l j f,,T = 1 j y

Формула изобретения периода автоциркуляции импульсов в каждом из каналов. Этот импульс после линии 32 задержки или

34 подается на . вход, блокировки усиления данного канала, обеспечивая временную селекцию сигнала и делая невозможным повторный запуск одновибратора от усиленных сигналов помех, снимаемых с пъезопреобразователей 10 и 11.

Элементы И 22 и 23 каналов осуществляют формирование требуемой длительности импульса возбуждения генераторов 6, 7 ультразвуковых колебаний с помощью линий 32 и 34 задержки и инвертор 35 и 36.

Сигнал с генераторов 6 и 7 вновь возбуждает передающий пъезопреобразователь 8, 9. В обоих каналах усиливается автоциркуляция импульсов с частотами f и fõ.

Соответственно периоды автоцуркуляции равны

Импульсами с инверторов 35 и 36 заряжаются интеграторы 18 и 19 с по« стоянной времени, ненамного большей ожидаемого значения периода автоциркуляции, в результате чего триггеры

14 и 15 переключаются, запирая эле- 30 менты И 16 и 17 и делая невозможным повторный запуск генератора 6 или 7.

Перепад напряжения с инверсного выхода триггеров 14 и 15 подается на логический узел 1. 35

При наличии приемного импульса с противоположного канала на этот же логический узел генератор 2 блока запуска выключается. Период собственных колебаний генератора 2 должен быть в несколько раз больше периода автоциркуляции. При отсутствии автоциркуляции (или после срыва ее) в одном иэ каналов генератор 2 продолжает работать (вновь включается) до тех пор, пока в этом канале не воз- 45 никает устойчивая автоциркуляция.

Другой канал в это время может работать. При отсутствии автоциркуляции интегратор 18 или 19 разряжен, потенциал с прямого вывода триггера Я)

14 или 15 разрешает прохождение импульсов запуска через элемент И 16. или 17 и далее элемент ИЛИ 20 или

21 на генератор 6 или 7, а перепад напряжения на инверсном выходе триг- 55 гера 14 или 15 через логический узел

1 включает генератор 2.

При наличии автоциркуляции в обоих каналах импульсы каждого из кана лов после элементов И 22 и 23 через элемент ИЛИ 24 запускают одновибра- О тор 28 с длительностью импульса кратной нескольким значениям

Этот импульс одновременно подается, на входы элементов И 26 и 27,на другие входы которых поступают импульсы соответствующих;;аналов. На третьеМ входе элементов И 26 и 27 в это время дежурит разрешающий потенциал с выхода соответствующего одновибратора 29 и 30, запускаемого от элемента И.

Импульс на выходе соответствующего элемента И появляется лишь при схождении во времени импульсов обоих каналов, когда окончание импульса одновибратора 28, запущенного импульсом одного канала, перекрывается с импульсом другого канала. При этом сразу же запускается соответствующий одновибратор 29, 30 с длительностью импульса, кратной нескольким значениям периода.автоциркуляции

> который блокирует по третьему входу элемент И 26, 27. Очевидно, что для данного направления потока, когда,Д с „(Т„,импульс перекрытия появится только с выхода элемента Й

26. При изменении направления потока этот импульс будет сниматься с вы; хода элемента И 27. Это обстоятельство может быть использовано для указания направления потока в трубопро-. воде.

Независимо от направления потока импульсы с выхода одновибраторов 29 и

30 запускают через элемент ИЛИ 25 блок 5 измерения разностной частоты, изменяющий значение Ы=(Г -Fg, опреде-. ляемое моментами перекрытия импульсов автоциркуляции противоположных каналов, причем момент запуска одновибратора 29 или 30 совпадает с моментом запуска одновибратора 31 или 33 электронноакустического тракта расходомера, определяемого передним фронтом усиленного радиоимпульса после усилителя 12 или 13.

В предлагаемом ультразвуковом расходомере существенно повышается надежность функционирования и запуска, сводится к минимуму время era нерабочего состояния в случае срыва автоциркуляции и исключается влияние помех, возникакщих в результате появления различных неоднородностей в рабочей среде, изменения свойств контролируемой жидкости, повышаются точность измерения разностной частоты и достоверность товарного учета контролируемой жидкости.

Двухканальный ультразвуковой расходомер, содержащий блок запуска,вы775623

ВНИИПИ Заказ 7716/57 Тираж 801 Подписное

Филиал ППП"Патент,г.ужгород,ул.Проектная,4 полненный в виде последовательно соединенных логического узла и генератора запуска, блок измерения разностной частоты, а в каждом канале последовательно соединенные генератор ультразвуковых колебаний и излучакиций пъезопреобразователь, приемный пъезопреобразователь и усилитель сигналов, отличающийся там, что, с целью повышения точности измерений и функциональной надежности, в него введены интеграторы,триггЕры, линии задержки, одновибраторы, инверторы и логические элементы И, ИЛИ, при этом к одному из входов логического узла блока запуска подсоединен выход первого интегратора, вход которого подключен к шине питания, ко второму и третьему входам логического узла блока эапуска подсоединены инверсные выходы первого и второго триггера, прямые выходы которых подключены к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора запуска, выходы указанных элементов И подсоединены к первым входам первого и второго

l элементов ИЛИ,выходы которых подключены ко входам генераторов ультразвуковых колебаний соответствующих каналов расходомера, вторые входы указанных элементов ИЛИ подключены к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, к четвертому и пятому входам логического узла блока запуска, к выходам третьего и четвертого элементов И соответственно первого и второго каналов расходомера и первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы котсрых через первый одновибратор подсоеди,нены к выходу третьего элемента ИЛИ, выходы пятого и шес †о элементов

И подключены соответственно через второй и третий одновибраторы к третьим входам пятого и шестого элементов И, первому и второму входам О четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом блока измерения раэностной частоты, входы первого и второго триггеров соответственно через второй н третий интегра15 торы подключены к первым входам третьего и четвертого элементов И первого и второго каналов, вторые входы которых подключены ко входу блокировки усилителя соответствую2О щего канала и через линию задержки и четвертый одновибратор, другую линию задержки и пятый одновибратор соответственно — к выходам этих усйлителей, причем между выходом четвертого одновибратора и первым входом третьего элемента И, выходом пятого одновйбратора и первым входом четвертого элемента И включены соответственно первый и второй инверторы.

Источники информации, ЗО принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 523280, кл. G 01 F 1/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 300876, кл. 6 05 D 7/ОО, 1971.