Ультразвуковой фазовый цифровой расходомер

Ультразвуковой фазовый цифровой расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ЦИФРОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя , закрепленных на измерительном участке трубопровода и соединенных через блок коммутации с усилителем принятых сигналов, управляемый низкочастотный генератор, вход которого подключен к выходу блока управления , фaзoвьd компаратор и блок ввделения разностной частоты, состоящий -из последовательно соединенных электронного ключа и реверсивного счетчика и подключенный к выходу блока коммутации, о т л,и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьшения точности измерений, он снабжен усилителем мощности, двумя высокочастотными кварцевыми генераторами и тремя смесителями , причем входы первого смесителя подключены к выходам управляемого низкочастотного генератора и первого высокочастотного кварцевого генератора, выход первого смесителя подключен к блоку коммутации через усилитель мощности, первые входы второго , и третьего смесителей подключены к выходу второго высокочастотного кварцевого генератора, их вторые входы подключены соответственно к выходам усилителей, и первого смесителя, а выходы - к входам фазового компаратора , при этом выходы третьего смесителя и фазового компаратора подключены к первому и второму входам блока управления. 2.Расходомер по п. 1, отличающийся тем, что управляемый низкочастотный генератор выполнен в виде низкочастотного кварцевого генератора, соединенного через блок делителей с многоканальным коммутатором , причем выход многоканальКЛ ного коммутатора является выходом управляемого низкочастотного генератора . ., 3.Расходомер по п. 1, о т л йчающийся тем, что блок управ ления содержит последовательно соеди . иенные формирователь, схему сравнения, первый электронный ключ,второй электронный ключ и реверсивный счетчик, а 00 также высокочастотный кварцевый, генео ратор , выход которого подключен к О) второму входу первого электронного ключа,инвертор,вход которого подключен к выходу схемы сравнения, а выход через третий электронный ключ подклют чён к второму входу реверсивного счет- . чика, при этом выход схемы сравнения дополнительно подключен к второму входу второго электронного ключа, входы формирователя и схемы сравнения являются первым и вторым входами блока управления, а выход реверсивного счетчика - его выходом.

СОЮЗ COBETGHHX

И

РЕСПУБЛИН

09) (И) 4(51) С 01 Р 1/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 КРЫТ Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н: *BTOPGHOI VIV 6 ВИДЕТНЪСТВЗГ (21) 3537682/24-10 (22) 10.01.83 (46) 30.01.85. Бккп. У 4 (72) О.Н. Бегельман и А.П. Наумчук (71) Куйбышевское спецйальное конструкторское бюро Научно-производственного объединении "Нефтехимавтоматйка" (53) 681 121(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 657254, кл. G Of F 1/66, 1976

: 2. Авторское свидетельство СССР

Р 556327, кл. G 01 F 1/00, 1975 (прототип) .

I (54) (57) 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ

ЦИФРОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий два обратимых электроакустических преобразователя, закрепленных на измерительном участке трубопровода и соединенных через блок коммутации с усилителем принятых сигналов, управляемый низкочастотный генератор, вход которого подключен к выходу блока управления, фазовйй компаратор и блок вццеления разностной частоты, состоящий из последовательно соединенных электронного ключа и реверсивного счетчика и подключенный к выходу блока коммутации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности измерений, он снабжен усилителем мощности, двумя высокочастотными . кварцевыми генераторами и тремя смесителями, причем входы первого смесителя подключены к выходам управляемого низкочастотного генератора и первого высокочастотного кварцевого генератора, выход первого смесителя подключен к блоку коммутации через усилитель мощности, первые входы второго, и третьего смесителей подключены. к выходу второго высокочастотного кварцевого генератора, их вторые вхо- . ды подключены соответственно к выходам усилителей, и первого смЕсителя а выходы — к входам фазового компаратора, при этом выходы третьего смесителя и фазового компаратора подключены к первому и второму входам блока управления.

2. Расходомер по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что управляемый низкочастотный генератор выполнен в виде низкочастотного кварцевого генератора, соединенного через блок делителей с многоканальным ком- Я мутатором, причем выход многоканального коммутатора является выходом управляемого низкочастотного генератора.

B

3. Расходомер по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управ-. ления содержит последовательно соеди, ненные формирователь, схему сравнения, © первый электронный ключ, второй электронный ключ и реверсивный счетчик, а также высокочастотный кварцевый генератор, выход которого подключен к второму входу первого электронного ключа, инвертор, вход которого подключен к выходу схемы сравнения,а выход через третий электронныйключ подклю-, чен к второму входу реверсивного счет- . чика, при этом выход схемы сравнения дополнительно подключен к второму входу второго электронного ключа, входы формирователя и схемы сравнения являются первым н вторым входами блока управления, а выход реверсивного счетчика — его выходом.

113730б

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использо.вано для измерения расхода жидкости и газов в трубопроводах различного диаметра в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известен ультразвуковой расходомер, содержащий два преобразователя, переключающий блок, фазовый детектор, 10 генератор, индикатор, блок проверки динамического диапазона, выполненный в виде последовательно соединенных задатчика режима, низкочастотного генератора и делителя, блок синхрони- 15 зации, модулятор, демодулятор, фазовый дискриминатор и пороговое устройство j1) .

Недостатком известного устройства является недостаточная точность из- 20 мерения.

Наиболее близким к предлагаемому является одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобраэо- 25 вателя, закрепленных на измерительном участке трубопровода и соединенных через коммутатор с усилителем, фазовый дискриминатор, блок управления, управляемый генератор, преобразователь и дискриминатор с входом порогового устройства, выполненного в виде последовательно соединенных схемы сравнения, нуль-органа, интегратора, выход которого подключен к блоку уп- З равления, выход управляемого генератора подключен к блоку измерения раэностной частоты, выполненного в виде электронного ключа, соединенного с реверсивным счетчиком, и через модуля- 40 тор к коммутатору, одйн из выходов которого через демодулятор подключен к дискриминатору, при этом выход нульоргана подключен к третьему входу фазового дискриминатора f2) .

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, ко-, торая обусловлена самопроизвольным изменением частоты управляемого генератора. Особенно это сказывается при

50 измерении малых расходов, когда разность частот мала и даже небольшая паразитная девиация частоты приводит к значительным погрешностям.

Цель изобретения — повышение точ- 55 ности измерения расхода.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой фазовый цифровой расходомер, содержащий два обратимых электроакустических преобраь зователя, закрепленных на измерительном участке трубопровода и соединенных через блок коммутации с усилителем принятых сигналов, управляемый низкочастотный генератор, вход которого подключен к выходу блока управления, фазовый компаратор и блок выделения разностной частоты, состоящий из последовательно соединенных электронного ключа и реверсивного счетчика и подключенный к выходу блока коммутации, снабжен усилителем мощности, двумя высокочастотными кварцевыми генераторами и тремя смесителями, причем входы первого смесителя подключены к выходам управляемого низкочастотного генератора и первого высокочастотного кварцевого генератора, выход первого смесителя подключен к блоку коммутации через усилитель мощности, первые входы второго и третьего смесителей подключены к выходу второго высокочастотного кварцевого генератора, их вторые входы подключены соответственно к выходам фазового компаратора, при этом выходы третьего смесителя и фазового компаратора подключены к первому и второму входам блока управления.

Управляемый низкочастотный генератор выполнен в виде низкочастотного кварцевого генератора, соединенного через блок делителей с многоканальным коммутатором, причем выход многоканального коммутатора является выходом управляемого низкочастотного генератора.

Блок управления в расходомере содержит последовательно соединенные формирователь, схему сравнения, первый электронный ключ, второй электронный ключ и реверсивный счетчик, а также высокочастотный кварцевый генератор, выход которого подключен к второму входу первого электронного ключа; инвертор, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, а выход через третий электронный ключ подключен к второму входу реверсивного счетчика, при этом выход схемы сравнения дополнительно подключен к второму входу второго электронного ключа, входы формирователя и схемы сравнения являются первым и вторым входами блока управления, а выход реверсивного счетчика — его выходом.

3 1137306 4

В предлагаемом устройстве излучаемая частота формируется как разнбсть частот высокочастотного кварцевого генератора и одной из ряда дискретных частот, которая выбирается управляемым коммутатором и является стабильной, так как она получена делением на соответствующий коэффициент частоты низкочастотного кварцевого генератора:

f = f — — — > н.ч и л Вц л где Й „ — частота излучения;

f8< — частота высокочастотного кварцевого генератора;

f>< — частота йизкочастотного кварцевого генератора;

1с; - коэффициент деления выбранного делителя частоты.

Таким образом, при неизменном коде управления многоканальным коммутатором излучаемая частота является стабильной в пределах стабильности кварцевых генераторов. Код управления

25 формируется в зависимости от отклонения. измеренной разности фаз частот излучателя и приемника от заданной б

;величины, при этом код изменяется всегда в сторону уменьшения имеющего-З ся разбаланса разности фаз за счет изменения частоты излучения. Таким образом, самой структурой построения предлагаемого устройства исключается паразитная девиация излучаемой часто-З5. ты.

На фиг.1 приведена блок-схема уст-. ройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу блока управ-40 ления.

Устройство содержит обратимые элект роакустические преобразователи 1 и 2, связанные через блок 3 коммутации с усилителем 4 принятых колебаний и с 45 усилителем 5 мощности, вход которого связан с первым смесителем 6 частот, к которому подключен первый высокочастотный генератор 7. Выход усилителя принятых колебаний связан с вторым50 смесителем 8 частот, который также связан с третьим смесителем 9 и вторым кварцевым генератором 10 ° Выходы двух смесителей частоты подключены к фазовому компаратору 11, который сое-55 динен с блоком 12 выборки частоты.

Блок. управления состоит иэ формирователя 13, выход которого подключен к схеме 14 сравнения, которая соединена с электронным ключом 15, к другому входу которого подключен высокочастотный кварцевый генератор 16. К схеме сравнения подключен также инвертор 17, который соединен с электронными ключами 18 и 19, выходы которых связаны с входами реверсивного счетчика 20.

Управляемый низкочастотный генератор 21 состоит из кварцевого низкочастотного генератора 22 и ряда целителей 23 частоты с различными коэф-. фициентами деления, ксторые связаны между собой, а также с кварцевым генератором и многоканальным коммутатором 24.

Блок 25 выделения разности частот, соединенный с усилителем мощности, состоит иэ электронного ключа 26, связанного с реверсивным счетчиком 27, причем электронный ключ соединен с блоком 3 коммутации.

Ультразвуковой фазовый цифровой расходомер работает следующим образом.

Блок 3 коммутации поочередно подключает к преобразователям 1 и 2 усилитель 5 мощности и усилитель 4 принятых колебаний. Поступающая на вход усилителя мощности частота представI нч ляет собои разность f = f игл 8а

Смесители частот 6, 8 и 9 выполнены на основе метода фазирования, поэтому нет необходимости в защите от зеркальной помехи, .так как на выходе смесителей присутствует только одна боковая частота. Принятый и усиленный сигнал поступает на смеситель 8, а излучаемая частота — на смесителв 9.

С помощью кварцевого генератора 10 на выходе смесителей 8 и 9 формируются сигналы разностной частоты. Это необходимо для того, чтобы получить возможно большую длительность импульсов U на выходе фазового компаратора

11 (фиг.2), так как чем больше длительность самого импульса, соответствующего имеющейся разности фаз, тем больше и длительность приращения, которая возникает-за счет изменения скорости потока и переводится в цифровую форму, т.е. чем больше длительность приращен1.я, тем точнее она может быть измерена цифровым методом, что особенно, важно при измерении малых скоростей потоков. Разность фаз сигналов на выходах смесителей 8 и 9 равна разности фаз преобразующих сигналов. Формирователь 13 преобразует синусоидальный .сигнал с выхода смесителя 9, который является опережаю- 5 щим по фазе, в импульсы прямоугольной формы U (фиг.2). Прямоугольные импульсы U<> и U1< поступают на схему

14 еравнения, которая формирует импульсы U14 (фиг.2), длительность кото- 10 рых равна разности длительностей U и 11„ . Кроме того, на другом выходе схемы 14 сравнения присутствует потенциал 01 (фиг.2) логической ".1" . или "Он в зависимости, от того,,ка-. 15 кой из двух импульсов Ui3 и U имеет большую длительность. На выходе электронного ключа 15 присутствуют пачки высокочастотных импульсов U g (фиг.2), которые формируют высокочастотный . 20 кварцевый генератор прямоугольных импульсов 16. Эти пачки импульсов (в зависимости от.того, какой потенциал на выходе схемы 14 сравнения) через электронный ключ 18 или 19 поступают 25 на суммирующий или вычитающий вХоды реверсивного счетчика 20, выходной код которого управляет работой .многоканального коммутатора 24 и определяет частоту излучения, которая всег- да изменяется в сторону уменьшения длительности импульса U . Таким образом, система всегда стремится поддержать разность фаз равной Ьщ = -.

Излучаемая частота поступает в блок 25 выделения разности частот, в котором под управлением блока коммутации в реверсивном счетчике 27 формируется код, пропорциональный разности частот, излучаемых по потоку и против него. Разность частот, излучаемых по потоку и против потока (при условии поддержания одинаковой разности фаз между передающим и приемным преобразователями, т.е. одинаковой длины волны $ акустических ко лебаний в измеряемой среде), пропорциональна скорости потока и не зависит от скорости ультразвука в среде. где. V h скорость потока; длина волны УЗ колебаний, которая поддерживается постоянной; частота УЗ колебаний, излучаемых по потоку; частота УЗ колебаний, излучаемых против потока.

Предлагаемое устройство отличается высокой точностью измерения расхода за счет исключения паразитной девиации частоты управляемого генератора, которая приводила к "плаванию" показаний измеряемого расхода.

1137306

1137306

Составитель Н. Бурбело

Редактор А. Ревик Техред А.Ач, Корректор Л.Пилипенко

Филиал ПП П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10510/28 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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