Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер

Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<Ä972223

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт.свид-ву— (22) Заявлено 26.05.81 (21) 3291837/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М, Кл.

G 01 F 1)66

Гасударственных комитет (53) УДК 681.121 (088.8) Опубликовано 07.1! .82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 17.11.82 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

И. А. Чернобай и А. И. Шатковский

1 ъР

1 с (71) Заявитель учно исследовательскии институт прикладных фЮич1зФ@Ища проблем им. акад. А. Н. Севченко (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ОДНОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений расхода жидких и газообразных сред в нефтегазодобывающей, химической, пищевой, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известен импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, основанный на измерении разности временных интервалов при распространении ультразвука по потоку и против него. Измерение осуществляется с помощью высокостабильного генератора, дискретными импульсами которого заполняются измеряемые временные промежутки.

Подсчитанная счетчиком разность импульсов является мерой расхода (1) .

Недостатком указанного расходомера является невысокая точность измерений, которая ограничивается как величиной единицы дискретного счета, т. е. периодом колебаний высокостабильного генератора, так и отсутствием поправок на изменения скорости распространения ультразвука за счет непостоянства физико-химических параметров среды.

Наиболее близким к предлагаемому является одноканальный ультразвуковой

2 расходомер, содержащий два акустических преобразователя, расположенных на противоположных стенках трубопровода под углом к его оси и связанных через коммутатор с генератором зондирующих импульсов

s и с последовательно соединенными усилителем, селектором, счетчиком импульсов, регистром памяти, блоком вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством (2) .

Однако известное устройство обладает недостаточной точностью измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный одноканальный ультразвуко15 вой расходомер вводят дешифратор состояний, делитель частоты, последовательно соединенные опорный генератор, формирователь, преобразователь временной интерваламплитуда, аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кода, причем вход дешифратора состояний подключен к выходу делителя частоты, его выход подключен к входам коммутатора, регистра памяти, преобразователя временной интервал-амплитуда, счетчика импульсов, генератора зонди972223 рующих импульсов, выход которого подключен к селектору и к регистрирующему устройству, выходы опорного генератора подключены к входам делителя частоты и селектора, входы счетчика импульсов подключены к старшим разрядам регистра памяти, а его младший разряд подключен к выходу преобразователя кода, при этом выход усилителя подключен к входу формирователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы.

Расходомер содержит последовательно соединенные опорный генератор 1, делитель

2 частоты, дешифратор 3 состояний, генератор 4 зондирующих импульсов, коммутатор

5, который имеет связь с дешифратором 3 состояний, преобразователями 6 и 7 и усилителем 8, к выходу которого последовательно подсоединены селектор 9, счетчик 0 импульсов, регистр 11 памяти, блок 12 вычисления разности обратных величин, регистрирующее устройство 13. Расходомер также содержит последовательно соединенные формирователь 14 интервальных импульсов, преобразователь 15 временной интервал-амплитуда, аналого-цифровой преобразователь 16 и преобразователь 17 кода.

Расходомер работает следующим образом.

Опорный генератор 1 генерирует высокостабильные импульсы частотой f (фиг. 2а), которые делятся до частоты тактовых импульсов в делителе 2 частоты и подаются на дешифратор 3 состояний, с помощью которого осуществляется синхронизация работы расходомера в целом. По первому тактовому импульсу, поступившему на вход генератора 4 зондирующих импульсов, генерируется возбуждающий импульс, который через коммутатор 5 подается, например, на излучающий преобразователь 6 (фиг. 2б) .

Одновременно на селектор 9 с генератора 4 зондирующих импульсов подается стартовый импульс, по которому селектор 9 начинает пропускать импульсы опорного генератора 1 на вход счетчика 10 импульсов.

Акустический сигнал, излученный преобразователем 6, пройдя по току контролируемую среду за время Тр под углом d, ê оси трубопровода, преобразуется в приемном преобразователе 7 в электрический сигнал (фиг. 2в) и через коммутатор 5, усилитель

8 поступает на селектор 9, который срабатывает и прерывает поступление импульсов опорного генератора 1 на счетчик 10 импульсов (фиг. 2г). Одновременно с закрытием селектора 9 запускается формирователь

14 интервальных импульсов, формирующий дополнительный временной интервал (фиг. 2 д) от момента прихода информационного импульса, соответствующего принятому ультразвуковому сигналу, до момента поступления ближайшего импульса из непрерывной последовательности, генерируемой опорным

15 о

25 зо

S5 генератором I, т.е. в пределах 0< tq "»вЂ”

1 где 1у — дополнительный временной интервал; — частота опорного генератора.

Сформированный временной интервал

tq преобразуется в преобразователе 15 временной интервал-амплитуда в напряжение, уровень которого хранится на накопительной емкости преобразователя временной интервал-амплитуда (фиг. 2е). Для снижения требований, предъявляемых к аналого-цифровому преобразователю 16 по скорости преобразования, время хранения напряжения на накопительной емкости преобразоват ля

15 выбрано достаточно большим (фиг. 2 е).

Для этого связь накопительной емкости с аналого-цифровым преобразователем 16 осуществляется с помощью истокового повторителя, имеющего большое входное сопротивление и также входящего в состав преобразователя 15 временной интервал-амплитуда. В конце каждого цикла измерений предусмотрен принудительный разряд накопительной емкости, что достигается подачей кратковременного разрядного импульса (фиг. 2 ж) с дешифратора 3 состояний на разрядную цепь преобразователя 15 временной интервал-амплитуда.

Аналого-цифровой преобразователь формирует код, пропорциональный преобразованному временному интервалу, однако преобразованный временной интервал является не искомым, а дополняющим искомый до временного интервала единичного значения дискретного счета, т. е. до величины t„+ tg = —, где t„— искомый временной интер1 вал.

Поскольку период импульсов дискретного счета строго постоянен и равен диапазону преобразования аналого-цифрового преобразователя 16, то искомое кодовое значение временного интервала равно m = к — и, где m — кодовое значение искомого временного интервала; к — max кодовое значение диапазона преобразования; п — текущее кодовое значение аналого-цифрового преобразователял я.

Указанное преобразование осуществляется в преобразователе 17 кода, преобразующего и значений К разрядного кода в m дополняющих значений К разрядного кода.

Кодовое значение временного интервала с преобразователя 17 кода поступает на входы младших разрядов регистра 11 памяти одновременно с кодовыми значениями счетчика 10, входы которого подключены к старшим разрядам регистра 11 памяти.

После окончания записи счетчик !О сбрасывается в ноль тактовым импульсом, поступающим с дешифратора 3 состояний, что необходимо для обеспечения готовности к следующему циклу измерений, при котором возбуждающий импульс генератора 4 зондирующих импульсов через коммутатор 5 подается уже на преобразователь 7.

972223

В этом случае акустический сигнал распространяется против потока под углом Ы. к оси трубопровода. Прошедший контролируемую среду акустический сигнал преобразуется в преобразователе 6 в электрический сигнал, затем через коммутатор 5 и усили- 5 тель 8 подается на селектор 9. Измерение времени распространения ультразвука с интервалом дискретности - - и преобразова1 ние дополнительного временного интервала производится в описанной выше последовательности. В этом случае в регистр 11 па10 мяти заносится полная информация о времени распространения и ультразвука против потока среды. После занесения информации в регистр 11 памяти посредством дешифратора 3 состояний цикл измерений повторяется.

Записанные в регистре 11 памяти значения измеренного временного интервала обрабатываются в блоке 12 вычисления разности обратных величин, реализующем функцию 1 = -х „„,, где х„— те20 кущее значение регистра памяти, соответствующее времени распространения ультразвука по потоку среды или против него.

Взятие обратных величин от измеренных временных интервалов при распространении ультразвука по потоку и против него позволяет избавиться от необходимости введения трудноопределимой поправки на квадрат скорости распространения ультразвука в контролируемой среде, а принятый алгоритм работы блока 12 вычисления разности обратных величин позволяет регистрировать расход по каждому значению временного интервала, поступившему в регистр 11 памяти.

Регистрирующее устройство 13 осредняет результаты измерений и выдает на своем выходе информацию в соответствующих единицах скорости потока или расхода среды. Учет направления скорости потока достигается с помощью сигналов, поступающих 40 с дешифратора 3 состояний.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений, а также расширить область применения ультразвуковых расходомеров.

Формула изобретения

Импульсный одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий два акустических преобразователя, расположенных на противоположных стенках трубопровода под углом к его оси и связанных через коммутатор с генератором зондирующих импульсов и с последовательно соединенными усилителем, селектором, счетчиком импульсов, регистром памяти, блоком вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены дешифратор состояний, делитель частоты, а также последовательно соединенные опорный генератор, формирователь, преобразователь временной интервал-амплитуда, аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кода, причем вход дешифратора состояний подключен к выходу делителя частоты, его выход подключен к входам коммутатора, регистра памяти, преобразования временной интервал-амплитуда, счетчика импульсов, генератора зондирующих импульсов, выход которого подключен к селектору, и к регистрирующему устройству, выходы опорного генератора подключены к входам делителя частоты и селектора, выходы счетчика импульсов подключены к старшим разрядам регистра памяти, а его младший разряд подключен .к выходу преобразователя, кода, при этом выход усилителя подключен к вхОду формирователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии № 52 — 45511, кл. 111 А 132, 1977.

2. Заявка ФРГ № 2547892, кл. G 01 F 1/66

1979.

972223

Составитель Н. Бурбело

Редактор Н. Ковалева Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 7877 26 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4