Ультразвуковий витратомір

Ультразвуковий витратомір, який містить тригер, перший вихід якого з'єднаний з першим входом другого електронного ключа, а другий вихід з'єднаний з першим входом третього електронного ключа, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора зондуючих імпульсів і паралельно з другим входом другого електронного ключа, перший вихід якого з'єднаний з входом першого п'єзоелектричного перетворювача, навантаженого на об'єкт, а другий вихід з'єднаний з першим входом підсилювача, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом третього електронного ключа, перший вихід якого з'єднаний з другим п'єзоелектричним перетворювачем, навантаженим на об'єкт, формувач, вхід якого з'єднаний з виходом підсилювача, реєструючий пристрій, який відрізняється тим, що додатково введена схема керування, генератор синхронізуючих імпульсів, перший електронний U 2 40819 1 3 пристрій, дві пари електронних ключів, перетворювач частота-напруга, інвертор і фільтр низьких частот, причому вхід підсилювача підключений до п'єзоелементів через першу пару електронних ключів, вихід генератора імпульсів підключений до входу тригера і входу перетворювача частотанапруга, вихід якого підключений до входу одного з електронних ключів другої пари безпосередньо, а до входу другого - через інвертор, виходи електронних ключів другої пари підключені через фільтр низьких частот до реєструю чого пристрою, при цьому виходи тригера підключені відповідно до управляючих входів електронних ключів першої і другої пари. [А.Н. Шувалов, М.Г. Котен. Авт. свід. СССР №1093897 G 01F 1/66. Бюлетень №19 від 23.05.84]. Вказаний ультразвуковий витратомір не забезпечує високу точність вимірювання, оскільки зміна вологості, температури, неоднорідності газу призводять до похибки вимірювань. Швидкість ультразвуку збільшується в середовищі з більшою густиною, а підвищення вологості газу призводить до підвищення густини і відповідно до зростання швидкості ультразвуку. З підвищенням температури швидкість ультразвуку в газі зменшується. Це пов'язано з тим, що підвищення температури газу призводить до збільшення інтенсивності хаотичного руху його частинок. Ультразвукова хвиля - це напрямлений рух елементарних частинок середовища поширення, тобто енергія ультразвуку буде зменшуватися за рахунок «гальмування» частинок, які хаотично рухаються. Це призведе до зменшення амплітуди ультразвукового сигналу, тобто швидкості її наростання. В процесі обробки такого сигналу, наприклад, під час використання компаратора, для виділення одиничного імпульсу на певному рівні амплітуди сигналу буде утворюватися похибка часу реєстрації. В неоднорідних середовищах затухання ультразвуку визначається коефіцієнтами розсіювання та поглинання і залежить від співвідношення довжини хвилі і розміру неоднорідностей, що в свою чергу зменшує інтенсивність ультразвукових коливань і відповідно точність вимірювання. В основу корисної моделі покладено задачу підвищення точності вимірювання витрати газу ультразвуковим витратоміром шляхом введення корегувальних поправок під час обчислення витрати, котрі враховують вплив зміни вологості, температури та неоднорідності газу на точність вимірювань витрати газу. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що у відомий ультразвуковий витратомір, який містить тригер, перший вихід якого з'єднаний з першим входом другого електронного ключа, а другий вихід з'єднаний з першим входом третього електронного ключа, другий вхід якого з'єднаний з виходом генератора зондуючих імпульсів і паралельно з другим входом другого електронного ключа, перший вихід якого з'єднаний з входом першого п'єзоелектричного перетворювача, навантаженого на об'єкт, а другий вихід з'єднаний з першим входом першого підсилювача, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом третього електронного ключа, перший вихід якого з'єднаний з 40819 4 другим п'єзоелектричним перетворювачем, навантаженим на об'єкт, формувач, вхід якого з'єднаний з виходом першого підсилювача, реєструючий пристрій згідно з корисною моделлю додатково введена схема керування, генератор синхронізуючих імпульсів, перший електронний ключ, третій роздільно-суміщений п'єзоелектричний перетворювач, навантажений на об'єкт, другий підсилювач, формувач імпульсів, аналого-цифровий перетворювач, мікропроцесор, де вхід схеми керування з'єднаний з першим виходом генератора синхронізуючих імпульсів, а перший вихід з'єднаний з третім входом другого електронного ключа, другий вихід з третім входом третього електронного ключа, а третій вихід з першим входом першого електронного ключа, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом генератора синхронізуючих імпульсів, а вихід з'єднаний з входом тригера і паралельно з входом генератора зондуючих імпульсів, вихід якого з'єднаний з передавальною частиною третього роздільно-суміщеного п'єзоелектричного перетворювача, навантаженого на об'єкт, третій вихід третього електронного ключа з'єднаний з першим входом мікропроцесора, другий вхід якого з'єднаний з третім виходом другого електронного ключа, третій вхід з'єднаний через формувач з виходом першого підсилювача, приймальна частина третього роздільно-суміщеного п'єзоелектричного перетворювача, навантаженого на об'єкт, з'єднана з входом другого підсилювача, вихід якого з'єднаний з входом АЦП, вихід якого з'єднаний з четвертим входом мікропроцесора, вихід якого з'єднаний з входом реєструючого пристрою. Введення генератора синхронізуючих імпульсів, схеми керування та першого електронного ключа дає можливість створити певний алгоритм роботи блоків включення передачі і формування сигналів для п'єзоелектричних перетворювачів. Введення третього роздільно-суміщеного п'єзоелектричного перетворювача, навантаженого на об'єкт, другого підсилювача, формувача імпульсів, АЦП та мікропроцесора дає можливість підвищити точність вимірювання витрати шляхом врахування корегувальних поправок, які характеризують вплив на точність вимірювань зміни температури, вологості та неоднорідності транспортованого газу. На Фіг.1 зображена блок-схема ультразвукового витратоміра, на Фіг.2 зображені часові діаграми роботи ультразвукового витратоміра. Ультразвуковий витратомір містить схему керування 1, генератор синхронізуючих імпульсів 2, перший електронний ключ 3, тригер 4, генератор зондуючих імпульсів 5, другий електронний ключ 6, третій електронний ключ 7, об'єкт 8, перший п'єзоелектричний перетворювач 9, третій п'єзоелектричний перетворювач 10, другий п'єзоелектричний перетворювач 11, перший підсилювач 12, формувач 13, другий підсилювач 14, формувач імпульсів 15, реєструючий пристрій 16, мікропроцесор 17, АЦП 18, де вхід схеми керування 1 з'єднаний з першим виходом генератора синхронізуючих імпульсів 2, а перший вихід з'єднаний з третім входом другого електронного ключа 6, другий вихід з третім входом третього електронного ключа 7, а третій вихід з першим входом першого елект 5 ронного ключа 3, другий вхід якого з'єднаний з другим виходом генератора синхронізуючих імпульсів 2, а вихід з'єднаний з входом генератора зондуючих імпульсів 5 і паралельно з входом тригера 4, перший вихід якого з'єднаний з першим входом другого електронного ключа 6, а другий вихід з'єднаний з першим входом третього електронного ключа 7, вихід генератора зондуючих імпульсів 5 з'єднаний паралельно з другим входом третього електронного ключа 7, з передавальною частиною третього роздільно-суміщеного п'єзоелектричного перетворювача 10, навантаженого на об'єкт 8 і з другим входом другого електронного ключа 6, перший вихід якого з'єднаний з першим п'єзоелектричним перетворювачем 9, навантаженим на об'єкт 8, третій вихід з другим входом мікропроцесора 17, а другий вихід з першим входом першого підсилювача 12, вихід якого з'єднаний з формувачем 13, а другий вхід з формувачем 13, а другий вхід з другим виходом третього електронного ключа 7, перший вихід якого з'єднаний з входом другого п'єзоелектричного перетворювача 11, навантаженого на об'єкт 8, а третій вихід з першим входом мікропроцесора 17, вихід якого з'єднаний з входом реєструючого пристрою 16, третій вхід з виходом формувача 13, а четвертий вхід з виходом АЦП 18, вхід якого з'єднаний з виходом формувача імпульсів 15, вхід якого з'єднаний з виходом другого підсилювача 14, вхід якого з'єднаний з приймальною частиною третього роздільно-суміщеного п'єзоелектричного перетворювача 10. Ультразвуковий витратомір працює наступним чином. При включенні живлення генератор синхронізуючих імпульсів 2 подає сигнал 19 на схему керування 1, яка керує роботою першого електронного ключа 3, через який від генератора синхронізуючих імпульсів 2 подається сигнал 20 на встановлення тригера 4 в одиничне положення, тобто задається початок відліку вимірювального інтервалу 25 або 26, та 27, а також цей імпульс подається на генератор зондуючих імпульсів 5, де формується сигнал 21 з певною тривалістю і амплітудою для збудження почергово першого 9 і другого 11 п'єзоелектричних перетворювачів. Для проходження збуджуючих сигналів на перший 9 та другий 11 п'єзоелектричні перетворювачі а також для передачі сигналу на мікропроцесор 17 для початку відліку часу служать відповідно другий 6 і третій 7 40819 6 електронні ключі, що керуються тригером 4. Схема керування 1 задає інтервал переключення тригера 4 до моменту закінчення одного циклу вимірювання або за, або проти руху течії газу. Оскільки другий 6 і третій 7 електронні ключі підключені до вихідних клем одного тригера 4, то завжди один ключ буде ввімкнений, а другий - вимкнений і, відповідно, збуджуючий сигнал буде в один цикл приходити на перший п'єзоелектричний перетворювач 9, а в другий цикл - на другий п'єзоелектричний перетворювач 11. Після проходження крізь об'єкт 8 сигнал поступає через відповідний електронний ключ на перший підсилювач 12, де підсилюється до величини амплітуди 22 за напрямком поширення газу і 23 проти напрямку поширення газу. Підсилений сигнал 22 в одному циклі і 23 в другому циклі подається через формувач 13 на мікропроцесор 17 для обчислення вимірювального інтервалу часу Т1 або Т2 відповідно (сигнали 25 та 26). Для того, щоб закрити перший підсилювач 12 під час проходження потужного збуджуючого імпульсу зі схеми керування 1 в цей момент відповідно закриваються другий 6 і третій 7 електронні ключі. В кожний цикл збудження першого 9 і другого 11 п'єзоелектричних перетворювачів збуджується перпендикулярно розміщений до поверхні об'єкту 8 третій роздільно-суміщений п'єзоелектричний перетворювач 10. Імпульс, який проходить через потік газу об'єкту 8, відбивається від протилежної стінки всередині об'єкту 8 і попадає на приймальну частину третього роздільно-суміщеного п'єзоелектричного перетворювача 10, де через другий підсилювач 14 підсилюється до значень 24 і через формувач імпульсів 15 подається на АЦП, а далі на мікропроцесор 17, який фіксує вимірюваний інтервал 27 часу проходження ультразвукової хвилі від передавальної до приймальної частини третього роздільно-суміщеного п'єзоелектричного перетворювача 10. Частота циклів вимірювання швидкості ультразвуку в газовому потоці задається схемою керування 1. Мікропроцесором 17 здійснюється порівняння отриманого сигналу з даними, отриманим після експериментальних досліджень роботи ультразвукового витратоміра. Якщо різниця між виміряними і визначеними експериментально для заданих значень температури та вологості газу значеннями швидкості поширення ультразвуку перевищує її допустиме значення, в виміряну витрату потоку вноситься відповідна корегувальна поправка. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 40819 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601