Способ запуска и восстановленияработы ультразвукового частотно- импульсного расходомера иустройство для его осуществления

 

Союз Советсиик

Социалистичесиик

Ресниублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ рп802791 (63) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 09,08. 77 (21) 2515713/18-10 с присоединением заявки H9— (23) Приоритет—

Опубликовано 07.0231. Бюллетень Йо 5

Дата опубликовавия описания 09. 02. 81 (51)м, Кл.З

G 01 F 1/66

Государетаеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 534. .632(088.8) Э.А. Залесский и В.В. Смышляев (Г-».1 (22) Явторы изобретения

|

Л (21) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАПУСКА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТЫ

УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНОГО

РАСХОДОИЕРА И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1 2

Изобретение относится к измерителям расхода веществ и может быть использовано в нефтяной, химической

:и других отраслях промышленности.

Известен способ запуска работы ультразвукового частотно-импульсного расходомера, заключающийся в том, что в синхрокольцо подают запускающий импульс от вспомогательного генератора. Этим импульсом запускают генератор синхрокольца, сигнал с выхода которого подают на ультразвуковой преобразователь, излучающий имйульс в контролируемую среду. Принятым другим ультразвуковым преобразователем импульсом осуществляют повторный запуск генератора синхрокольца, таким образом осуществляется автоциркуляция импульсов в синхрокольце (1 ) .

Недостатком этого способа является отсутствие автоматического запуска и восстановления работы ультразвукового расходомера после временного нарушения электроакуйтического

:канала, например, возникающее из-эа рассеяния ультразвукового луча на газовых пузырьках и инородных включениях контролируемой среды.

Этот недостаток устранен при осуществлении предлагаемого способа за пуска и восстановления работы ультразвукового частотно-импульсного расходомера (2 ), заключающегося в том, что генератор синхрокольца работает в автоколебательном режиме, причем период колебаний выбирают больше максимального времени распространения импульса в контролируемой среде. Прошедший через среду импульс принимается ультразвуковым преобразователем и этим импульсом осуществляется принудительный запуск гене« ратора сннхрокольца, обеспечивая таким образом его работу в режиме вынужденных колебаний. В случае нарушения электроакустического канала импульсы на выходе приемного преобразователя отсутствуют и генератор снова работает в автоколебательном режиме. После восстановления электроакустического канала первым принятым импульсом производят принудительный запуск генератора, восстанавливая работу расходомера, причем сигнал с выхода приемного преобразователя подают на амплитудный детектор, по наличию сигнала на выходе которого судят о восстанов802791 лечии работы расходомера. При этом возможно полу ение ложных результатов измерения вследствие попадания на вход амплитудно-.о детектора сигналов помех.

Недостатком известных способов является низкая помехозащищенность расходомеров, так как синхрокольцо ра.сходомера оказывается открытым все время, и в случае ложного заЙуска от помехи в кольце может установиться режим автоциркуляции двух и более импульсов, что приводит к неправильному измерению.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ запуска и восстановления работы ультразвукового частотноимпульсного расходомера, основанный на подаче в синхрокольцо запускающих импульсов и запирания синхрокольца на время, меньшее времени распространения ультразвукового сигнала н контролируемой среде, при этом ультразвуковой расходомер содержит по крайней мере одно синхрокольцо, состоящее из последовательно соединенных усилителя-формирователя, схемы запрета, формирователя импульсов возбуждения и акустического преобразователя, и измерительный блок (3).

Согласно этому способу запоминают наличие и пульса в синхрокольС» пе и при нарушениях злектроакустического канала восстанавливают работу расходомера. запомненны импульсом.

Недостатком этого способа является невозможность автоматического запуска расходомера. Кроме того, при увеличении времени распространения ультразвукового сигнала в контролируемой среде увеличивается время, во время которого синхрокольцо оказывается открытым, что повышает вероятность ложного запуска синхрокольца.

Целью изобретения является автоматизация процесса запуска и восстановления работы расходомера.

Это достигается тем, что изменяют период следования запускающих импульсов в диапазоне возможных изменений периода следования импульсов автоциркуляции синхрокольца, on ределяют момент совпадения периодов следования импульсов автоциркуляции и запускающих импульсов„ прекращают подачу запускающих импульсов в синхрокольцо и проводят фаэовую автоподстройку частоты запускающих импульсов с импульсами автоциркуляции.

Для повышения помехозащищенности синхрокольцо открывают запускающим импульсом на время, не превышающее его длительности.

Для повышения достоверности результатов измерения определяют совпадение каждого импульса автоциркуляции и запускающего импульса, по наличию совпадения судят о восстановлении работы расходомера и осуществляют регистрацию результатов из5

В устройство для осуществления способа к каждому синхрокольку подключены управляемый автогенератор запускающих импульсов, схема И, запоминающий элемент, схема поиска и фазовой автоподстройки, при этом выход схемы гоиска и фазовой автоподстройки соединен с входом управляемого автогенератора запускающих импульсов, выход которого подключен

15 к входам измерительного блока, запоминающего элемента, схемы поиска и фазовой автоподстройки и схемы И, другой вход которой соединен с выходом запоминающего элемента, а выход2О с входами формирователя импульсов возбуждения и схемы запрета, выход которой подключен к другому входу запоминающего элемента, выход которого соединен со вторым входом схемы поиска и фазовой автоподстройки.

Для повышения достоверности результатов измерения между выходом запоминающего элемента и разрешающим входом измерительного блока включен второй запоминающий элемент, синхровход которого соединен с выходом управляемого автогенератора запускающих импульсов.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового частотно-импульсного расходомера, реализующего способ запуска и восстановления работы расходомера; на фиг. 2 — диаграммы напряжений.

Устройство содержит одно синхЩ рокольцо, состоящее из акустического преобразователя 1 с пьезоэлементами

2 и 3, формирователя 4 импульсов возбуждения, усилителя-формирователя 5 и схемы запрета 6, к которому подключены управляемый автогенератор 7 запускающих импульсов, запоминающий элемент 8, например

RS-триггер, запоминающий элемент 9, например 0-триггер, схема 10 поиска

О и фазовой автоподстройки и схема И 11> а также измерительный блок 12. При этом выход схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки соединен со входом управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов, выход которого подкл очен к входам измерительного блока 12, запоминающего элемента 8, схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки и схемы И 11, другой вход которой соединен с выходом запоминающего элемента 8, а выход — c входами формирователя 4 импульсов возбуждения и схемы запрета 6, выход которой подклччен к другому входу запоминающего элемента 8, у выход которого соединен со вторым

802791 схемы И 11 поступает на вход схемы запрета 6 раньше,чем импульс с выхо° да усилителя-формирователя 5, и схема запрета б к моменту прихода импульса с усилителя-формирователя

5 оказывается закрытой. Второй импульс с выхода схемы И 11 проходит по электроакустическому каналу аналогично первому и т.д. Одновременно положительные импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов поступают на схе- . му 10 поиска и автопод=тройки фазы, увеличиная напряжение на ее выходе.

При этом период управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов увеличивается до тех пор, пока к моменту прихода импульса с усилителя-формирователя 5 на.схему запрета 6 схема запрета б не оказывается открытой импульсом с выхода схемы И 11.

Тогца импульс с усилителя-формирователя 5 проходит на вход формирователя 4 импульсов возбуждения, запуская его передним фронтом отрицательного импульса, cèíõðoêoëüöo запущено. Одновременно отрицательный импульс с выхода схемы запрета б, поступая на вход запоминающего элемента 8 устанавливает на его выходе низкий уровень, так что на схему

И 11 подается "Запрет", что приводит к ограничению длительности импульса на ее ныходе (момент времени с с(. на фиг.2б).При этом задний фронт положительного импульса на выходе схемы

И 11 будет совпадать с передним

Фронтом отрицательного импульса на выходе схемы запрета б, т.е. дальнейная работа управляемого антогенератора 7 запускающих импульсов не оказывает влияния на работу синхрокольца, следовательно управляемый автогенератор 7 запускающих импульсов автоматически отключается.

После этого схема 10 поиска и автоподстройки фазы из режима поиска переходит в режим автоподстройки фазы управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов с импульсами автоциркуляции синхрокольца. Высокий уровень на выходе запоминающего элемента 8 вновь установится по заднему фронту положительного импульса с управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов.

Запускающий импульс поступает на вход схемы 10 поиска и автоподстройки фазы, а на другой ее вход поступают импульсы с выхода запоминающего элемента 8, передний фронт которых совпадает с передним фронтом импульса синхрокольца, прошедшего схему запрета б. Схема 10 поиска и автоподстройки фазы выделяет ошибку рассогласования по времени между запускающим импульсом и передним фронтом импульса автоциркуляции .синхрокольца, преобразует ошибку входом схемы 10 поиска и фазовой автоподстройки, между выходом запоминающего элемента 8 и разрешающим входом измерительного блока

12 включен запоминающий элемент 9, синхровход которого соединен с выS ходом управляемого автогенератора

7 запускающих импульсов.

Устройство работает следующим

I образом.

Напряжение с выхода схемы 10 поиска и автоподстройки фазы (фиг.2д) подается на вход управляемого автогенератора 7 запускающих импульсон, перестраивая его частоту. В момент подачи питающих напряжений напряже-. ние на выходе схемы 10 поиска и ав" 15 топоцстройки, фазы равно нулю. При этом период импульсов управляемого автогенератора 7 минимален т „ „ (фиг. 2а) и меньше минимального времени распространения сигнала по электроакустическому каналу. Перестройка периода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов выбирается с таким расчетом, чтобы максимальный период импульсов на его выходе был больше максимального времени распространения сигнала по электроакустическому каналу. В момент подачи питающих напряжений импульс с выхода управляемого автогенератора

7 запускающих импульсов отсутствует и на его выходе низкий уровень.

Этот уровень фиксируется запоминающим элементом 8, при этом íà его выходе высокий уровень. На выходе схе-. мы запрета б в исходном состоянии 35 высокий уровень. Поскольку выход триггера соединен с входом схемы

И 11, то первый же положительный импульс с выхода упранляемого автогенератора 7 запускающих импульсов g(} .через схему И 11 (фиг. 2б) поступает на схему запрета б, открывая ее, и на запуск формирователя 4 импульсов нозбуждения. Запуск формирователя 4 импульсов возбуждения осуществляется задним фронтом положительного импульса. Импульс с формиронателя 4 импульсов возбуждения (фиг. 2в ) поступает на пьезоэлемент

2, преобразуется в ультразвуковой сигнал, который проходит контролируемую среду и принимается пьезоэлементом 3, преобразующим его в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на усилитель-формирователь 5, где усиливается и форми- 55 руется в прямоугольный импульс (фиг. 2г), после чего поступает на схему запрета 6. Импульс с усилителя-формирователя 5 задержан относительно импульса с выхода Форми- gp рователя 4 импульсов возбуждения на время t . Поскольку период управляемого автогенератора 7 запускаю щих импульсов минимален и меньше то второй импульс с выхода 65

802791

4$

Я

d0 в управляющий сигнал, с помощью которого управляет частотой и фазой управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов. Причем подстройка производится таким образом, чтобы передний фронт импульса автоциркуляции синхрокольца по времени находился внутри запускающего импульса, предпочтительно на его середине. Тогда схема запрета 6 И, следовательно, синхрокольцо будут открываться по переднему фронту запускающего импульса, а закрываться по переднему фронту импульса синхрокольца, т.е. время открытого синхрокольца составит половину длительности запускающего импульса. С точки зрения помехоэащищенности длительность запускающего импульса выбирают равной

1-2% от периода следования импульсов автоциркуляции. Таким образом, запускающие импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов оказываются связанными по частоте и фазе с импульсами синхрокольца, и частоту следования импульсов синхрокольца можно определять, подавая импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов на вход измерительного блока 12. Кроме того, пс совпадению каждого из импульсов синхрокольца с запускающим импульсом можно суцить об исправной работе расходомера. Для этого имйульсы с выхода запоминающего элемента 8 подают на информационный вход запоминающего элемента 9, например О-триггера, а импульсы с выхода управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов — на синхровход запоминающего элемента 9. Напряжение на выходе запоминающего элемента 9 является критерием исправной работы расходомера. Его подают на разрешающий вход измерительного блока 12. В случае нарушения электроакустического канала к моменту прихода заднего фронта импульса с управляемого автогенератора 7 запускающих импульсов на синхровход запоминающего элемента

9 на его информационном входе высокий уровень, характеризующий закрытое состояние синхрокольца. Задний фронт запускающего импульса сотрет информацию о совпадении запускающих импульсов и импульсов синхрокольца, при этом с выхода запоминающего элемента 9 на разрешающий вход измерительного блока 12 поступит "Запрет".

Импульсы с выхода управляемого asтогенератора 7 .запускающих импульсов будут продолжать поступать на вход схемы 10 поиска. и автоподстройки фазы, увеличивая напряжение на ее выходе, при этом период запускающих импульсов будет увеличиваться.

При максимальном напряжении на выходе схемы 10 поиска и автоподстройки фазы этот период будет максимален, схема 10 поиска и автоподстрой-i ки фазы осуществит разряд этого напряжения до нуля, после чего устройство будет работать аналогично описанному. Чтобы осуществить запуск расходомера в первом же цикле изменения периода запускающих импульсов, каждый последующий период запускающих импульсов должен изменяться не более, чем на длительность запускающего импульса.

Таким образом, ультразвуковой расходомер автоматически запускается при включении и восстанавливает свою работу после временного нарушения электроакустического канала, имеет высокую помехозащищенность, обусловленную твм, что электроакустический канал открывают только на время, необходимое для пропускания импульса синхрокольца. Расходомер исключает регистрацию ложных измерений.

Формула изобретения

1. Способ запуска и восстановления работы ультразвукового частотно-импульсного расходомвра, основанный на подаче в синхрокольцо запускающих импульсов и эапирании с синхрокольца на время, меньшее времени распространения ультразвукового сигнала в контролируемой среде, о т л и ч а ю щ и и с a твм, что, с целью автоматизации процесса запуска и восстановления работы расходомвра, изменяют период следования запускающих импульсов в дивнаэонв возможных изменений периода следования импульсов автоциркуляции синхрокольца, определяют момент совпадения периодов следования импульсов автоциркуляции и запускающих импульсов прекращают подачу запускающих импульсов в сиихрокольцо и производят фазовую автоподстройку частоты запускающих импульсов с импульсами автоциркуляции.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения помвхозащищенности, синхрокольцо открывают запускающим импульсом на время, не превинающев вго длительности.

3. Способ по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерения, определяют совпадение каждого импульса автоциркуляции и запускающего импульса, по наличию совпадения судят о восстановлении раработы расходомвра и осуществляют регистрацию результатов измерения.

4. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее по крайней мере одно синхрокольцо, состоя802791 щее иэ последовательно соединенных усилителя-формирователя, схемы запре. та, формирователя импульсов возбуждения и акустического преобразователя, и измерительный блок, о т л и ч а ю шийся тем, что к каждому синхрокольцу подключены управляемый автогенератор запускающих импульсов, схема И, запоминающий элемент, схема поиска и фазовой автоподстройки, при этом выход схемы поиска и фазовой автоподстройки соединен с входом управляемого автогенератора запускающих импульсов, выход которого подключен к входам измерительного блока запоминающего элемента, схемы поиска и фазовой автоподстройки и схемы И, другой вход которой соединен с выходом запоминающего элемента, а выход — с входами формирователя импульсов возбуждения, и схемой запрета, выход которой подключен к другому входу запоминающего элемента, выход которого соединен с вторым входом схемы поиска и фазовой автоподстройки.

5. Устройство для осуществления способа по и. 4, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что между выходом запоминающего элемента и разрешающим входом измерительного блока включен второй запоминающий элемент, синхровход которого соединен с вы ходом управляемого автогенератора запускающих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Биргер Г.И., Бражников Н.И., i5 Ультразвуковые расходомеры. "йеталлургия" „ 1964, с. 66-70.

2. Биргер Г.И., Бражников H.H.

Ультразвуковые расходомеры. "Металлургия", 1964, с. 295-303 °

Щ 3. Авторское свидетельство СССР

9 526827, м. кл. G 01 P 5/00, 30.08.76.

802791

Составитель В. антипов

".В. %МИНИ

Заказ 10601/53 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытия

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,