одноканальный ультразвуковой расходомер

Формула изобретения

ОДНОКАНАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий ультразвуковой преобразователь с двумя пьезоэлементами, соединенными через переключатель направления излучения с генератором импульсов и усилителем, выходом соединенным с линией задержки, и делитель частоты автоциркуляции, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход к управляющему входу переключателя направления излучения и первому входу кодирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, а выход - с входом вычитающего устройства, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные формирователь импульсов сброса-пуска, делитель частоты с постоянным коэффициентом деления и формирователь импульсов блокировки, выход которого подключен к управляющему входу вычитающего устройства, последовательно соединенные первый регистр числа, первый делитель с переменным коэффициентом деления, реверсивный счетчик, регистр текущего значения расхода и счетчик интегрального значения расхода, последовательно соединенные второй регистр числа и второй делитель с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к второму входу реверсивного счетчика, а также формирователь стробов, выход которого подключен к управляющему входу реверсивного счетчика, причем формирователь импульсов сброса-пуска включен между выходом линии задержки и входом генератора импульсов, выход кварцевого генератора дополнительно подключен к входам делителя частоты с постоянным коэффициентом деления и первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, входы первого и второго регистров чисел подключены к выходам вычитающего устройства, а вход формирователя импульсов блокировки соединен с входом генератора импульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известен одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий акустический канал, коммутатор и усилитель-формирователь, образующие схему синхроколец при излучении ультразвуковых импульсов по и против потока контролируемой жидкости, последовательно соединенные умножитель частоты, реверсивный счетчик, регистр, делитель с переменным коэффициентом деления и счетчик количества жидкости, причем вход умножителя подключен к выходу усилителя-формирователя. Отдельный выход умножителя соединен с входом триггера, выход которого соединен с управляющими входами регистра, делителя и генератора измерительных стробов. Выходы генератора стробов соединены с управляющими входами коммутатора и реверсивного счетчика, входом считывания-записи регистра и входом двоичного счетчика, выходы которого соединены с установочными входами делителя [1].

Известное устройство, обеспечивая повышение точности измерения за счет определения величины уменьшения длительности прерванного цикла измерения относительно заданной длительности цикла измерения вследствие срыва автоциркуляции и уменьшения пропорционально этой величине значения расхода в предыдущем цикле измерения, все же имеет погрешность измерения за счет увеличения периода следования импульсов автоциркуляции на величину времени задержки импульсов в электрических цепях синхроколец.

Наиболее близким к предлагаемому является одноканальный ультразвуковой расходомер, содержащий ультразвуковой преобразователь с двумя пьезоэлементами, соединенными через переключатель направления излучения с генератором импульсов и усилителем, делитель частоты, подключенный к переключателю направления излучения, кварцевый генератор, вычитающее и выходное устройства, линию задержки, кодирующее устройство и сравнивающее устройство, причем линия задержки включена между выходом усилителя и входом генератора импульсов, второй выход которого подключен к входу делителя частоты, входы кодирующего устройства подключены к выходам кварцевого генератора и делителя частоты соответственно, а его выход через вычитающее и сравнивающее устройства подключен к выходному устройству [2].

Известное устройство, обеспечивая повышение точности измерения за счет формирования чисел, отображающих суммарные периоды пачек импульсов автоциркуляции по и против потока, и вычитания из них постоянного числа, отображающего время задержки импульсов автоциркуляции в электрических цепях, имеет погрешность измерения интегрального расхода при срыве автоциркуляции.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ультразвуковой преобразователь с двумя пьезоэлементами, соединенными через переключатель направления излучения с генератором импульсов и усилителем, делитель частоты автоциркуляции, подключенный к управляющему входу переключателя направления излучения, кварцевый генератор, вычитающее устройство, линию задержки, соединенную с усилителем, кодирующее устройство, входы которого подключены к выходам кварцевого генератора и делителя частоты автоциркуляции, а его выход соединен с входом вычитающего устройства, введены последовательно соединенные формирователь импульсов сброса-пуска, делитель частоты с постоянным коэффициентом деления и формирователь импульсов блокировки, выход которого подключен к управляющему входу вычитающего устройства, последовательно соединенные первый регистр числа, первый делитель с переменным коэффициентом деления, реверсивный счетчик, регистр текущего расхода и счетчик интегрального расхода, последовательно соединенные второй регистр числа и второй делитель с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к второму входу реверсивного счетчика, а также формирователь стробов, выход которого подключен к управляющему входу реверсивного счетчика, причем формирователь импульсов сброса-пуска включен между выходом линии задержки и входом генератора импульсов, выход кварцевого генератора дополнительно подключен к входам делителя частоты с постоянным коэффициентом деления и первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, входы первого и второго регистров чисел подключены к выходам вычитающего устройства, а вход формирователя импульсов блокировки соединен с входом генератора импульсов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого расходомера.

Расходомер содержит преобразователь 1 с двумя пьезоэлементами 2 и 3, генератор 4 импульсов, усилитель 5, переключатель 6 направления излучения, линию 7, делитель 8 частоты автоциркуляции, кодирующее устройство 9, кварцевый генератор 10, вычитающее устройство 11, делитель 12 частоты кварцевого генератора с постоянным коэффициентом деления, формирователь 13 импульсов сброса-пуска, формирователь 14 импульсов блокировки, регистр 15 числа "по потоку", регистр 16 числа "против потока", два делителя 17 и 18 частоты кварцевого генератора с переменными коэффициентами деления, реверсивный счетчик 19, формирователь 20 стробов, регистр 21 текущего расхода, счетчик 22 интегрального расхода.

В электрической цепи, состоящей из преобразователя 1 с пьезоэлементами 2 и 3, генератора 4, усилителя 5, переключателя, линии 7, формирователя 13, возникает последовательность импульсов, которая при излучении по потоку жидкости определяется периодом

T_+v= + t₃ (1)

и при излучении против потока

T_-v= + t₃ (2) где v - средняя скорость потока среды;

С - скорость звука в неподвижной среде;

L - расстояние между пьезоэлементами;

- угол между направлением ультразвукового луча и осью трубопровода;

t_з - время задержки сигналов в линии задержки.

Направление излучения изменяется с периодичностью, которая задается генератором 4 через делитель 8 с коэффициентом деления N.

Импульсы с генератора 10 подают на кодирующее устройство 9, в котором с помощью этих импульсов преобразуют длительности тактов переключения в числа, равные NfT_+v при излучении по потоку и NfT_-v при излучении против потока.

Частоту f кварцевого генератора выбирают в зависимости от требований разрешающей способности расходомера.

В момент срабатывания переключателя 6 число с выхода кодирующего устройства 9 подают на вычитающее устройство, где из него вычитают постоянное число, равное Nft_з.

Таким образом, за два такта работы переключателя 6 в вычитающем устройстве 11 формируют два числа.

W = Nf(T_+v - t_з) (3) и

Z = Nf(T_-v - t_з) (4)

Числа W/R и Z/R, где R - постоянное число, которое в несколько раз больше числа N, записывают в регистрах 15 и 16 соответственно, которые поступают на установочные входы делителей 17 и 18 соответственно. На выходах делителей 17 и 18 возникают последовательности импульсов с периодами

= (T_+v-t₃) (5)

и

=^N_R_(T_-v-t₃) (6)

соответственно, которые поступают на два входа реверсивного счетчика 19 соответственно. Реверсивный счетчик 19 по сигналу длительностью Т_стр формирователя 20 стробов производит сначала суммирование импульсов с периодом (T_+v-t₃) , а затем вычитание импульсов с периодом

(T_-v-t₃) . Пропорциональное расходу разностное число импульсов.

- = V

(7) записывается в регистр 21. Информацию об интегральном расходе накапливают в счетчике 22 путем передачи на его вход пачки импульсов с регистра 21 в конце каждого цикла работы реверсивного счетчика 19.

Коэффициент деления М делителя 12 выбирают таким, что M > T_-vмах.

При устойчивости автоциркуляции импульсы сброса-пуска формирователя 13 поступают на управляющий вход делителя 12, вследствие чего на выходе делителя 12 отсутствуют импульсы с частотой f/M. При срыве автоциркуляции из-за газового пузырька или помехи на выходе делителя 12 возникает импульс, который поступает на вход генератора 4 и автоциркуляция восстанавливается. При этом на управляющий вход вычитающего устройства 11 поступает импульс блокировки формирователя 14, который блокирует поступление в него числа с кодирующего устройства 9, а в регистрах 15 и 16 сохраняются числа, записанные до срыва автоциркуляции.

Таким образом, кратковременный срыв автоциркуляции не приводит к потере информации о расходе.