RU2106603C1

RU2106603C1 - Ultrasound flowmeter

Info

Publication number: RU2106603C1
Application number: RU97102311A
Authority: RU
Inventors: Юрий Сергеевич Малхазов; Валерий Александрович Козобродов; Владимир Михайлович Гуревич
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа Центр промышленного приборостроения
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: flowmeter has measurement section which includes one receiving 8 and three receive- transmit 2,3,6 piezoelectric transducers, three reflectors 4,5,7, microcontroller 24, three probing pulse formers 9,10,11, switch 12, amplifier-former 13, two pulse distributors 14, 16, controlled delay line 15, decoder 17, reference voltage source 18, adder 19, voltage-to-time triggered converter 20 with inverse relationship, time discriminator 23, and two digital-to-analog converter 21, 22. Measurement section has preset geometrical correlations between information and reference trajectories of ultrasound oscillation distribution. Different acoustic bases of reference signals and identical bases for information signals are used in two operating cycles of flowmeter with leading and lagging reference signals. Cycles consist of two steps: along and opposite to flow. Two reception signals (reference and information signals) are subject to processing in each step. Definite methods of processing the current codes in cycles provide for automatic elimination of errors during determination of time intervals of ultrasound oscillation distribution. EFFECT: higher measurement results. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отраслях народного хозяйства для коммерческого учета расхода и объема нефтепродуктов и других жидкостей. The invention relates to measuring equipment and can be used in sectors of the economy for the commercial accounting of the flow rate and volume of petroleum products and other liquids.

Известна аппаратура для измерения скорости потока движущейся среды, включающая измерительный участок с двумя приемно-передающими пьезопреобразователями, два контура автоматического регулирования с формирователем зондирующих импульсов, коммутатором, селектором, усилителем-формирователем, управляемым генератором и управляемой линией задержки в каждом, а также выделитель разностной частоты, масштабирующий блок и дисплей (см. патент США N 4389899, кл. G 01 F 1/66, 1983). В устройстве автоматически компенсируются задержки в формирователях зондирующих импульсов. Known apparatus for measuring the flow velocity of a moving medium, including a measuring section with two receiving and transmitting piezoelectric transducers, two automatic control loops with a probe pulse shaper, a switch, a selector, an amplifier-shaper controlled by a generator and a controlled delay line in each, as well as a difference frequency isolator , a scaling unit and a display (see US patent N 4389899, CL G 01 F 1/66, 1983). The device automatically compensates for delays in the probes of the probing pulses.

Известное устройство не позволяет учесть влияние твердотельных задержек в протекторах пьезопреобразователей, а также учесть влияние задержек, возникающих при регистрации приемного сигнала. Работа двух управляемых генераторов в едином конструктивном исполнении вызывает их неизбежную взаимную подсинхронизацию на близких частотах и связанную с ней аддитивную погрешность измерения на малых расходах. The known device does not allow to take into account the influence of solid-state delays in the protectors of piezoelectric transducers, and also to take into account the effect of delays that occur during registration of the receiving signal. The operation of two controlled generators in a single design causes their inevitable mutual sub-synchronization at close frequencies and the associated additive measurement error at low flow rates.

Известен также ультразвуковой измеритель скорости потока, содержащий измерительный участок с двумя приемно-передающими пьезопреобразователями, плоским и скошенным отражателями, формирователь зондирующих импульсов, три коммутатора, два селектора приемных сигналов, два усилителя-формирователя, дискриминатор времени, ждущий преобразователь напряжение - время с обратной зависимостью, задающий генератор, источник опорного напряжения, сумматор, два интегратора и блок вычислений (см. авторское свидетельство СССР N 1296942, кл. G 01 F 1/66, 1987). Also known is an ultrasonic flow velocity meter, comprising a measuring section with two receiving and transmitting piezoelectric transducers, flat and beveled reflectors, a probe pulse shaper, three switches, two receiving signal selectors, two amplifier shapers, a time discriminator, a voltage-time waiting converter, and an inverse relationship , a master oscillator, a reference voltage source, an adder, two integrators and a calculation unit (see USSR copyright certificate N 1296942, class G 01 F 1/66, 1987).

Известное устройство автоматически компенсирует твердотельные задержки в протекторах пьезопреобразователей и устраняет взаимную подсинхронизацию двух контуров автоматического регулирования за счет применения единого элемента для нахождения обратных величин. The known device automatically compensates for solid-state delays in the treads of piezoelectric transducers and eliminates the mutual sub-synchronization of two automatic control loops by using a single element to find reciprocal values.

Известное устройство также не позволяет произвести учет и компенсацию задержек, возникающих при регистрации приемных сигналов из-за изменений амплитуды и деформации формы. Эти задержки зависят от скорости контролируемой среды, ее физико-химического состава, температурного дрейфа и стабильности во времени пьезопреобразователей. The known device also does not allow accounting and compensation of delays that occur during registration of receiving signals due to changes in amplitude and deformation of the form. These delays depend on the speed of the controlled medium, its physicochemical composition, temperature drift, and time stability of piezoelectric transducers.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по своей физической сущности являются теплосчетчики UTC-1 и UTC-1a по ТУ 4218-001-11459018, 1993, АО "Пирамида", г. Смоленск и АО "Теплоприбор", г. Рязань. Closest to the claimed invention in their physical essence are heat meters UTC-1 and UTC-1a according to TU 4218-001-11459018, 1993, Pyramid JSC, Smolensk and Teplopribor JSC, Ryazan.

Известное устройство содержит измерительный участок трубы, первый и второй приемно-передающие пьезопреобразователи и закрепленные на одной образующей на расстоянии S друг от друга два скошенных отражателя, диаметрально противоположных пьезопреобразователям соответственно, третий передающий пьезопреобразователь и плоский отражатель, закрепленные в двух плоскостях поперечного сечения измерительного участка, делящих расстояние S на три равных отрезка, и на образующих, которые проходят через две вершины равностороннего вписанного в поперечное сечение треугольника с третьей вершиной, принадлежащей образующей скошенных отражателей, и четвертый приемный пьезопреобразователь, закрепленный диаметрально противоположно третьему пьезопреобразователю, причем угол скоса и пространственная ориентация отражателей обеспечивают распространение УЗК от первого пьезопреобразователя ко второму и в обратном направлении по траектории, проходящей через отражатели и третий пьезопреобразователь, а также формирователь зондирующих импульсов, коммутатор, селекторы, усилители-формирователи, дискриминатор времени, ждущий преобразователь напряжение - время с обратной зависимостью, источник опорного напряжения, сумматор, цифроаналоговый преобразователь, программируемые таймер и параллельный интерфейс, микропроцессорную систему с дисплеем и клавиатурой и их связи. The known device comprises a measuring section of the pipe, the first and second receiving and transmitting piezoelectric transducers and two beveled reflectors, diametrically opposite to the piezoelectric transducers, respectively, a third transmitting piezoelectric transducer and a flat reflector fixed in two planes of the cross section of the measuring section, mounted on the same generatrix at a distance S from each other, dividing the distance S into three equal segments, and on the generators that pass through two vertices of an equilateral inscribed in n a cross section of a triangle with a third vertex belonging to the generatrix of the beveled reflectors, and a fourth receiving piezoelectric transducer fixed diametrically opposite to the third piezoelectric transducer, the bevel angle and spatial orientation of the reflectors providing ultrasonic propagation from the first piezoelectric transducer to the second and reverse directions along the path passing through the reflectors and the third piezoelectric transducer, as well as probe pulse generator, commutator, selectors, shape amplifiers timers, discriminator of time, standby voltage converter - time with inverse dependence, reference voltage source, adder, digital-to-analog converter, programmable timer and parallel interface, microprocessor system with display and keyboard and their communication.

В измерительном участке формируется опорная акустическая база длиной L₁, которая перпендикулярна потоку, и информационная база длиной L₂, имеющая угол с осью потока.In the measuring section, a supporting acoustic base of length L ₁ , which is perpendicular to the flow, and an information base of length L ₂ , having an angle with the axis of the flow, are formed.

При одновременном попарном возбуждении третьего и первого пьезопреобразователей в тактах по потоку, а также третьего и второго пьезопреобразователей в тактах против потока в опорной акустической базе возникают многократные отражения (рециркуляции), и известное устройство определяет разность между обратными значениями времени между приемом опорных сигналов четвертых рециркуляций на четвертом пьезопреобразователе и соответствующими информационными сигналами. Полученная разность является мерой скорости потока. With simultaneous pairwise excitation of the third and first piezoelectric transducers in clock cycles, as well as the third and second piezoelectric transducers in cycles against the flow, multiple reflections (recirculations) occur in the reference acoustic base, and the known device determines the difference between the reciprocal of the time values between the reception of the reference signals of the fourth recirculation fourth piezoelectric transducer and corresponding information signals. The resulting difference is a measure of flow rate.

Время распространения УЗК как в информационной, так и в опорной траекториях увеличены на две твердотельные задержки в протекторах пьезопреобразователей. При одинаковых протекторах всех пьезопреобразователей в известном устройстве как и в аналоге осуществляется автоматической компенсация твердотельных задержек. The propagation time of ultrasonic testing in both information and reference trajectories is increased by two solid-state delays in the protectors of piezoelectric transducers. With the same treads of all piezoelectric transducers in the known device, as in the analogue, automatic compensation of solid-state delays is carried out.

При компенсации твердотельных задержек при изменениях амплитуд опорных и информационных сигналов применен способ детектирования по нуль-переходам (см. книгу Киясбейли А.Ш. и др. Частотно-временные ультразвуковые расходомеры и счетчики. - М. : Машиностроение, 1984, с. 88, также патент США N 4483202, кл. G 01 F 1/66, 1984 и др.). To compensate for solid-state delays due to changes in the amplitudes of the reference and information signals, a method for detecting by zero-junctions was used (see the book by A. Kiyasbeyli et al. Frequency-time ultrasonic flow meters and counters. - M.: Mashinostroenie, 1984, p. 88, also US patent N 4483202, CL G 01 F 1/66, 1984 and others).

Однако известное устройство не позволяет производить автоматическую компенсацию задержек при воздействии факторов, искажающих форму приемных сигналов. К их числу относятся температурные коэффициенты емкости и резонансной частоты пьезоматериалов и дрейф их во времени. Наибольшее влияние оказывают индивидуальные различия этих характеристик пьезопреобразователей. Даже в чистых средах нарушение симметрии картины распространения УЗК по направлению потока и против вызывают импульсные дифракционные явления (см., например, статью Гитис М.Б., Серегин Е.И. О дифракционных поправках при ультразвуковых измерениях в импульсном режиме. - Дефектоскопия, 1978, N 3, с. 90-93). Прямая погрешность от этой несимметрии может превышать единицы процентов (см. , например, статью Антонов Н. Н., Колмаков И. А. О времени распространения звукового сигнала в ультразвуковом расходомере. - Измерительная техника, 1978, N 7, с. 55-56) и она непосредственно привносится в погрешность измерения известного устройства. However, the known device does not allow automatic compensation of delays when exposed to factors that distort the shape of the receiving signals. These include temperature coefficients of the capacitance and resonant frequency of piezoelectric materials and their drift in time. The greatest influence is exerted by individual differences in these characteristics of piezoelectric transducers. Even in pure media, impairment of the symmetry of the ultrasonic ultrasound propagation pattern in the direction of flow and against cause pulsed diffraction phenomena (see, for example, the article by Gitis MB, Seregin EI On diffraction corrections in ultrasonic measurements in pulsed mode. - Defectoscopy, 1978 N 3, pp. 90-93). The direct error from this asymmetry can exceed units of percent (see, for example, the article by Antonov N. N., Kolmakov I. A. About the propagation time of an audio signal in an ultrasonic flow meter. - Measuring Technique, 1978, N 7, pp. 55-56 ) and it is directly introduced into the measurement error of a known device.

В диспергирующих средах, например с повышенной концентрацией пузырьков газа или механических примесей, из-за обеднения спектра в высокочастотной области форма приемного сигнала "расползается", образуя "синусоиду", вдоль которой изменяются амплитуды, фазы и частота заполнения (см., например, книгу Ультразвук: Маленькая энциклопедия/ Гл. ред. И.П.Голямина. - М.: Сов. энциклопедия, 1979, с. 98). Деформация формы приемных сигналов при воздействии описанных факторов сводится в общем случае к изменениям их огибающих, фаз и частот заполнения, теоретический расчет которых очень сложен, и на практике они непредсказуемы. Кроме того, деформация формы индивидуальна для каждого передающего пьезопреобразователя, поэтому определение поправок и их учет в сигнальных задержках в рамках способа, на котором реализовано известное устройство, неосуществимы. In dispersing media, for example, with an increased concentration of gas bubbles or mechanical impurities, due to the depletion of the spectrum in the high-frequency region, the shape of the receiving signal “spreads”, forming a “sinusoid” along which the amplitudes, phases, and filling frequency change (see, for example, the book Ultrasound: Small Encyclopedia / Edited by I.P. Golyamin. - M .: Sov. Encyclopedia, 1979, p. 98). The deformation of the shape of the receiving signals under the influence of the described factors is reduced in the general case to changes in their envelopes, phases and filling frequencies, the theoretical calculation of which is very complicated, and in practice they are unpredictable. In addition, the deformation of the form is individual for each transmitting piezoelectric transducer, therefore, the determination of corrections and their accounting in signal delays in the framework of the method on which the known device is implemented, is not feasible.

Технический результат, создаваемый изобретением, - повышение точности измерения за счет автоматической компенсации ошибок при определении временных интервалов. The technical result created by the invention is to increase the measurement accuracy due to automatic compensation of errors in determining time intervals.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемый ультразвуковой расходомер введены управляемая линия задержки, первый и второй распределители импульсов, дешифратор, второй цифроаналоговый преобразователь, второй и третий формирователи зондирующих импульсов, а длина траектории распространения ультразвуковых колебаний от первого пьезопреобразователя ко второму и в обратном направлении через поверхности отражателей и третьего пьезопреобразователя, выполненного приемно-передающим, составляет 5,5 внутренних диаметров трубы, при этом выходы всех формирователей зондирующих импульсов подключены соответственно к первому, второму и третьему сигнальным входам коммутатора, первая микроконтроллерная шина вывода через управляемую линию задержки подключена ко входу третьего формирователя зондирующих импульсов, вторая микроконтроллерная шина вывода соединена с первым входом второго распределителя импульсов, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко входам первого и второго формирователей зондирующих импульсов, второй управляющий вход второго распределителя импульсов соединен с третьей микроконтроллерной шиной вывода и подключен к первому входу дешифратора, второй вход которого соединен с четвертой микроконтроллерной шиной вывода, а его первый и второй выходы подключены к соответствующим управляющим входах коммутатора, выход которого через усилитель-формирователь соединен с первым входом первого распределителя импульсов, второй вход которого подключен к седьмой микроконтроллерной шине вывода, его первый выход соединен с первым входом ждущего преобразователя напряжение - время и подключен к третьему входу дешифратора, второй выход первого распределителя импульсов подключен к первому входу дискриминатора времени, входы первого цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими входами второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен ко второму входу управляемой линии задержки. The specified result is achieved by the fact that the proposed ultrasonic flow meter includes a controlled delay line, a first and second pulse distributor, a decoder, a second digital-to-analog converter, a second and third probing pulse generators, and the length of the path of propagation of ultrasonic vibrations from the first piezoelectric transducer to the second and vice versa the surface of the reflectors and the third piezoelectric transducer made by the transceiver is 5.5 internal pipe diameters, pr the outputs of all probing pulse shapers are connected respectively to the first, second and third signal inputs of the switch, the first microcontroller output bus is connected to the input of the third shaper of pulse pulses through a controlled delay line, the second microcontroller output bus is connected to the first input of the second pulse distributor, the first and second outputs which are connected respectively to the inputs of the first and second shapers of the probe pulses, the second control input of the second the pulse distributor is connected to the third microcontroller output bus and connected to the first input of the decoder, the second input of which is connected to the fourth microcontroller output bus, and its first and second outputs are connected to the corresponding control inputs of the switch, the output of which is connected through the amplifier-former to the first input of the first distributor pulses, the second input of which is connected to the seventh microcontroller output bus, its first output is connected to the first input of the standby voltage converter - time and is connected to the third input of the decoder, the second output of the first pulse distributor is connected to the first input of the time discriminator, the inputs of the first digital-to-analog converter are connected to the corresponding inputs of the second digital-to-analog converter, the output of which is connected to the second input of the controlled delay line.

На фиг. 1 представлена блок-схема ультразвукового расходомера; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу. In FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic flow meter; in FIG. 2 and 3 are timing diagrams explaining its operation.

Ультразвуковой расходомер содержит измерительный участок 1 трубы, на первой образующей которого располагаются первый и второй приемно-передающие пьезопреобразователи 2 и 3 на расстоянии S друг от друга. На второй образующей диаметрально противоположно первой, напротив первого пьезопреобразователя 2 закреплен скошенный отражатель 4, а напротив второго пьезопреобразователя 3 скошенный отражатель 5. В каждой из двух плоскостей поперечного сечения трубы на расстоянии S/3 и 2S/3 от первого пьезопреобразователя закреплены третий приемно-передающий пьезопреобразователь 6 и плоский отражатель 7. Место крепления пьезопреобразователя 6 на трубе определяется пересечением плоскости поперечного сечения трубы с третьей образующей, проходящей через первую вершину вписанного в поперечное сечение равностороннего треугольника, а место крепления плоского отражателя 7 определяется пересечением плоскости поперечного сечения с четвертой образующей, проходящей через вторую вершину треугольника, причем третья вершина треугольника принадлежит второй образующей. Диаметрально против пьезопреобразователя 6 на расстоянии, равном внутреннему диаметру D трубы, закреплен четвертый приемный пьезопреобразователь 8. Угол скоса и осевая ориентация отражателей 4 и 5 обеспечивают распространение УЗК от пьезопреобразователя 2 к пьезопреобразователю 3 и в обратном направлении через отражатели 4, 5, 7 и поверхность пьезопреобразователя 6, используя эффект отражения, а длина этой ломаной пространственной траектории составляет пять с половиной диаметров D. Пьезопреобразователи 2, 3 и 6 соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего формирователей 11, 10 и 9 зондирующих импульсов и подключены к первому, второму и третьему сигнальным входам коммутатора 12 приемных сигналов, выход которого через усилитель-формирователь 13 подключен ко входу первого стробируемого распределителя 14 импульсов. Приемный пьезопреобразователь 3 подключен к четвертому сигнальному входу коммутатора 12. Микроконтроллер 24 с дисплеем и клавиатурой 25 имеет порт вывода, состоящий из семи шин вывода, и порт ввода, включающий одну шину ввода. Первая микроконтроллерная шина вывода через управляемую линию 15 задержки соединена с входом третьего формирователя 9, а вторая шина вывода соединена с первым входом второго распределителя 16 импульсов, первый выход которого подключен к входу формирователя 11, а второй выход ко входу формирователя 10. Второй управляющий вход распределителя 16 импульсов соединен с третьей микроконтроллерной шиной вывода и подключен к первому входу дешифратора 17, два выхода которого соединены с соответствующими управляющими входами коммутатора 12. Источник 18 опорного напряжения через второй вход сумматора 19 подключен ко второму входу ждущего преобразователя 20 напряжение - время, первый вход которого соединен с первым выходом распределителя 14 импульсов и подключен к третьему входу дешифратора 17. Четвертая микроконтроллерная шина вывода подключена ко второму входу дешифратора 17, а пятая и шестая шины вывода подключены к входам второго ЦАП 21 и первого ЦАП 22. Выход второго ЦАП 21 подключен к управляющему входу линии 15 задержки, а выход первого ЦАП 22 соединен с первым входом сумматора 19. Седьмая микроконтроллерная шина вывода подключена ко второму стробирующему входу распределителя 14, второй выход которого подключен к первому входу дискриминатора 23 времени, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 20 напряжение - время, а микроконтроллерная шина ввода подключена к выходу дискриминатора 23 времени. Так же как и в прототипе, пространственная траектория от пьезопреобразователя 2 к пьезопреобразователю 3 длиной L₂ является информационной, а ее активная часть L'₂ состоит из трех равнодлинных наклонных хорд, проходящих через середину радиуса R измерительного участка и имеющих одинаковый угол с осью потока. Зондирование по описанной информационной траектории позволяет застабилизировать значение гидродинамического коэффициента в широком диапазоне чисел Рейнольдса на осесимметричных потоках и наиболее полно учесть перераспределение локальных скоростей на периферии трубы при деформированных потоках, то есть увеличить точность измерения.The ultrasonic flow meter contains a measuring section 1 of the pipe, on the first generatrix of which the first and second receiving and transmitting piezoelectric transducers 2 and 3 are located at a distance S from each other. A beveled reflector 4 is mounted on the second generator diametrically opposite to the first, opposite the first piezoelectric transducer 2, and a beveled reflector 5 opposite the second piezoelectric transducer 5. In each of the two pipe cross-section planes, at the distance S / 3 and 2S / 3 from the first piezoelectric transducer, a third transceiver is fixed the piezoelectric transducer 6 and the flat reflector 7. The attachment point of the piezoelectric transducer 6 on the pipe is determined by the intersection of the plane of the cross section of the pipe with the third generatrix passing through the first vertex of an equilateral triangle inscribed in the cross section, and the attachment point of the flat reflector 7 is determined by the intersection of the plane of the cross section with the fourth generatrix passing through the second vertex of the triangle, and the third vertex of the triangle belongs to the second generatrix. The fourth receiving piezoelectric transducer 8 is diametrically opposed to the piezoelectric transducer 6 at a distance equal to the inner diameter D of the pipe 8. The bevel angle and the axial orientation of the reflectors 4 and 5 ensure the ultrasonic distribution from the piezoelectric transducer 2 to the piezoelectric transducer 3 and in the opposite direction through the reflectors 4, 5, 7 and the surface piezoelectric transducer 6, using the reflection effect, and the length of this broken spatial path is five and a half diameters D. The piezoelectric transducers 2, 3, and 6 are connected respectively to the output the odes of the first, second and third probing pulses 11, 10 and 9 and are connected to the first, second and third signal inputs of the receiving signal switch 12, the output of which through the amplifier-shaper 13 is connected to the input of the first gated pulse distributor 14. The receiving piezoelectric transducer 3 is connected to the fourth signal input of the switch 12. The microcontroller 24 with a display and a keyboard 25 has an output port consisting of seven output buses, and an input port including one input bus. The first microcontroller output bus through a controlled delay line 15 is connected to the input of the third driver 9, and the second output bus is connected to the first input of the second pulse distributor 16, the first output of which is connected to the input of the driver 11 and the second output to the input of the driver 10. Second control input of the distributor 16 pulses are connected to the third microcontroller output bus and connected to the first input of the decoder 17, two outputs of which are connected to the corresponding control inputs of the switch 12. Source 18 voltage reference through the second input of adder 19 is connected to the second input of the standby converter 20 voltage is the time, the first input of which is connected to the first output of the pulse distributor 14 and connected to the third input of the decoder 17. The fourth microcontroller output bus is connected to the second input of the decoder 17, and the fifth and the sixth output bus is connected to the inputs of the second DAC 21 and the first DAC 22. The output of the second DAC 21 is connected to the control input of the delay line 15, and the output of the first DAC 22 is connected to the first input of the adder 19. Seventh mic the output controller bus is connected to the second gate input of the distributor 14, the second output of which is connected to the first input of the time discriminator 23, the second input of which is connected to the output of the voltage-time converter 20, and the input microcontroller bus is connected to the output of the discriminator 23. As in the prototype, the spatial path from the piezoelectric transducer 2 to the piezoelectric transducer 3 of length L ₂ is informational, and its active part L ' ₂ consists of three inclined chords of equal length passing through the middle of the radius R of the measuring section and having the same angle with the axis of the flow. Sounding along the described information trajectory makes it possible to stabilize the value of the hydrodynamic coefficient in a wide range of Reynolds numbers on axisymmetric flows and to take into account the redistribution of local velocities at the pipe periphery under deformed flows most fully, that is, to increase the measurement accuracy.

Ультразвуковой расходомер работает в два цикла - с опережающим и отстающим опорными сигналами. В циклах используются разные акустические базы опорных сигналов и одинаковые для информационных сигналов. Циклы состоят из двух тактов - по потоку и против, а в каждом такте обработке подлежат два приемных сигнала - опорный и информационный. The ultrasonic flow meter operates in two cycles - with leading and lagging reference signals. The cycles use different acoustic bases of the reference signals and the same for information signals. Cycles consist of two clock cycles - upstream and downstream, and in each clock cycle, two receiving signals, the reference signal and the information signal, are processed.

В любом цикле после возбуждения приемно-передающего пьезопреобразователя 6 импульсом 26 (фиг. 2) УЗК, распространяясь перпендикулярно потоку в направлении приемного пьезопреобразователя 8, создают у его поверхности однонаправленный импульс 27, а акустического давления, который схемой устройства не воспринимается. Отразившись от плоской поверхности пьезопреобразователя 8, УЗК распространяются в направлении пьезопреобразователя 6 и создают у его поверхности импульс 26, а акустического давления первой рециркуляции, который также не воспринимается схемой. Рециркулируя между поверхностями пьезопреобразователей до полного затухания, УЗК создают у поверхности пьезопреобразователя 8 последовательность импульсов акустического давления, состоящую из однонаправленного 27, а и импульсов 27,б, 27,с четных рециркуляций второй, четвертой и т.д., а у поверхности пьезопреобразователя 6 последовательность нечетных рециркуляций, то есть первой, третьей, пятой и т.д. В цикле с опережающим опорным сигналом аналогично прототипу полезным опорным является импульс 27, с четвертой рециркуляции, а в цикле с отстающим опорным сигналом - импульс 26,с пятой рециркуляции, которые и воспринимаются схемой. In any cycle, after the excitation of the receiving-transmitting piezoelectric transducer 6 by the pulse 26 (Fig. 2), the ultrasonic inspection, propagating perpendicular to the flow in the direction of the receiving piezoelectric transducer 8, creates a unidirectional pulse 27 at its surface, and the acoustic pressure, which is not perceived by the device circuit. Reflected from the flat surface of the piezoelectric transducer 8, the ultrasonic detectors propagate in the direction of the piezoelectric transducer 6 and create a pulse 26 at its surface, and the acoustic pressure of the first recirculation, which is also not perceived by the circuit. Recycling between the surfaces of the piezoelectric transducers until they are completely attenuated, the ultrasonic detectors create at the surface of the piezoelectric transducer 8 a sequence of acoustic pressure pulses consisting of unidirectional 27, and pulses 27, b, 27, with even recirculations of the second, fourth, etc., and at the surface of the piezoelectric transducer 6 a sequence of odd recirculations, i.e., first, third, fifth, etc. In a cycle with a leading reference signal similar to the prototype, a useful reference is a pulse 27, from the fourth recirculation, and in a cycle with a lagging reference signal, a pulse 26, from the fifth recirculation, which are perceived by the circuit.

В отличие от прототипа в заявленном устройстве при обработке временных интервалов циклично и поочередно используются два опорных сигнала - опережающий с акустической базой L₁ = 5D и отстающий с акустической базой L'₁ = 6D. Разность между интервалами времени распространения опережающего и отстающего опорных импульсов t₀ = 2 Δ L/C=D/C зависит только от скорости C звука в контролируемой среде. При одинаковых протекторах пьезопреобразователей 6 и 8 разность времен свободна от твердотельных задержек и, так как источником УЗК и их рециркуляций является единый пьезопреобразователь 3, сигнальная задержка и ее дрейф, связанные с изменениями амплитуды опорных сигналов и искажением их формы, взаимно компенсируются.In contrast to the prototype, in the inventive device, when processing time intervals, two reference signals are cyclically and alternately used: leading signal with an acoustic base L ₁ = 5D and lagging with an acoustic base L ' ₁ = 6D. The difference between the propagation time intervals of the leading and lagging reference pulses t ₀ = 2 Δ L / C = D / C depends only on the speed C of sound in a controlled environment. With the same treads of piezoelectric transducers 6 and 8, the time difference is free of solid-state delays and, since the source of ultrasonic testing and their recirculation is a single piezoelectric transducer 3, the signal delay and its drift associated with changes in the amplitude of the reference signals and distortion of their shape are mutually compensated.

В цикле с опережающим опорным сигналом и такте по потоку осуществляется возбуждение пьезопреобразователей 6 и 2. В этом такте пьезопреобразователь 2 является передающим, а возбужденные им УЗК, достигая скошенного отражателя 4, направляются к поверхности пьезопреобразователя 6, выполняющего роль отражателя для информационной траектории. Претерпев последовательные отражения от пьезопреобразователя 6, плоского отражателя 7, скошенного отражателя 5, УЗК достигают пьезопреобразователя 3, являющегося в этом такте приемным. In the cycle with the leading reference signal and the clock cycle, the piezoelectric transducers 6 and 2 are excited. In this cycle, the piezoelectric transducer 2 is transmitting, and the ultrasonic detectors excited by it, reaching the beveled reflector 4, are sent to the surface of the piezoelectric transducer 6, which acts as a reflector for the information path. Having undergone successive reflections from the piezoelectric transducer 6, a flat reflector 7, a beveled reflector 5, the ultrasonic inspection reaches the piezoelectric transducer 3, which is receiving in this cycle.

Заявленное устройство, вырабатывая импульс 28 временной селекции (строб), воспринимает опережающий опорный импульс 29,а и по истечении времени t₁ - информационный импульс 29,б. В том же цикле, в такте против потока формирование опережающего опорного импульса 30, а производится так же, а информационного импульса 30,б аналогично, с той разницей, что приемным является пьезопреобразователь 2, а передающим - пьезопреобразователь 3, УЗК, генерируемые им, претерпевают те же отражения, но в зеркальной последовательности, а интервал времени между опережающим опорным и информационным импульсами составляет t₂.The claimed device, generating a pulse 28 of temporary selection (strobe), receives a leading reference pulse 29, and after a time t ₁ - information pulse 29, b. In the same cycle, in front of the flow, the formation of the leading reference pulse 30, a, is performed in the same way, and the information pulse 30, b is similar, with the difference that the piezo transducer 2 is the receiving one, and the piezoelectric transducer 3 is the receiving one, the ultrasonic ones generated by it undergo the same reflections, but in a mirror sequence, and the time interval between the leading reference and information pulses is t ₂ .

В цикле с отстающим опорным сигналом селекция "дуплета" из информационного и опорного импульсов осуществляется за счет изменения временного расположения строба 31. Формирование опорного импульса в такте по потоку осуществляется аналогично, с той разницей, что интервал времени между информационным импульсом 32, б и опережающим опорным импульсом 32, а составляет T₂, а в такте против потока этот интервал времени между информационным и опорным импульсами 33,а и 33,б соответственно составляет T₁.In a cycle with a lagging reference signal, the selection of the doublet from the information and reference pulses is carried out by changing the temporal location of the gate 31. The formation of the reference pulse in the cycle by the flow is carried out similarly, with the difference that the time interval between the information pulse 32, b and leading reference pulse 32, a is T ₂ , and in tact against the flow, this time interval between the information and reference pulses 33, a and 33, b, respectively, is T ₁ .

Длина акустической базы информационных импульсов во всех циклах и тактах одинаковая и составляет 5,5 D, а во времени их распространения, так же как и в случае опорных сигналов, присутствуют две твердотельные задержки, которые автоматически компенсируются в каждом времени t₁, t₂, T₁ и T₂ выбором одинаковых протекторов всех пьезопреобразователей. Составляющие сигнальных задержек δτ₂ и δτ₃ , вызванные колебаниями амплитуды информационных импульсов, устраняются детектированием по нуль переходам, а автоматическая компенсация задержек от искажения формы осуществляется следующим образом.The length of the acoustic base of information pulses in all cycles and cycles is the same and is 5.5 D, and in the time of their propagation, as in the case of reference signals, there are two solid-state delays that are automatically compensated at each time t ₁ , t ₂ , T ₁ and T _{2 by} choosing the same protectors of all piezoelectric transducers. The components of the signal delays δτ ₂ and δτ ₃ caused by fluctuations in the amplitude of the information pulses are eliminated by detection at zero transitions, and the automatic compensation of delays from shape distortion is carried out as follows.

В цикле с опережающим опорным сигналом в такте по потоку перед зондированием среды по пятой и шестой шинам вывода, образующим последовательный интерфейс, осуществляется выбор первого ЦАП 22, при этом по пятой шине для его инициализации подается адресная кодовая посылка, а вслед за ней - рабочий код k₁ (фиг. 3, поз. 34), а по шестой шине подается синхронизирующая частота 35.In a cycle with a leading reference signal in a clockwise flow, before probing the medium through the fifth and sixth output buses forming a serial interface, the first DAC 22 is selected, and the address code packet is sent along the fifth bus to initialize it, followed by a working code k ₁ (Fig. 3, item 34), and on the sixth bus a synchronizing frequency 35 is supplied.

Инициализация второго ЦАП 21 производится аналогично, с той разницей, что подается его адрес и вводится корректирующий код k₃. На третьей и четвертой шинах устанавливаются логические 0 (поз. 36 и 37), а определяемое текущим кодом k₃ выходное напряжение второго ЦАП 21 поступает на управляющий вход линии 15 задержки и определяет ее значение τ₃ , диапазон изменения которого находится в пределах от 0 до τ в зависимости от напряжения на управляющем входе. После подготовительных операций на первой шине вывода формируется импульс возбуждения 38, а на второй шине с задержкой τ/2 импульс возбуждения 39. В зависимости от напряжения на управляющем входе линии 15 задержки фронт импульса 40 на ее выходе _может опережать или отставать от фронта импульса 39 на время τ/2 , совпадать с ним или занимать какое-либо промежуточное положение. Импульсы 39 и 40, поступая на входы соответственно формирователей 11 и 9, умощняются и возбуждают пьезопреобразователи 2 и 6 соответственно. Дешифратор 17 устанавливает на управляющих входах коммутатора 12 кодовую комбинацию, которая подключает его четвертый сигнальный вход к выходу для приема опережающего опорного импульса с пьезопреобразователя 8. После возбуждения пьезопреобразователей 2 и 6 УЗК распространяются по информационной траектории вдоль потока и в опорной траектории, причем приемные однонаправленный 27, а и импульсы 27,б; 27,с второй, четвертой и т.д. рециркуляций поступают на вход усилителя-формирователя 13, усиливаются и детектируются по нуль-переходам. Зарегистрированные приемные сигналы, действующие на первом входе первого распределителя 14 не выводятся на его выходы до поступления разрешающего строба 41, который формируется на седьмой шине вывода в момент времени, предшествующий поступлению опережающего опорного импульса. Длительность строба 41 позволяет выделять из рассмотренных последовательностей только опережающий опорный и информационный. Распределитель 14 импульсов при стробировании двух импульсов первый из них направляет по первому входу, а второй - по второму.The initialization of the second DAC 21 is carried out similarly, with the difference that its address is supplied and a correction code k ₃ is entered. On the third and fourth buses, logic 0 (pos. 36 and 37) are set, and the output voltage of the second DAC 21, determined by the current code k _{3, is} supplied to the control input of the delay line 15 and determines its value τ ₃ , the range of which is in the range from 0 to τ depending on the voltage at the control input. After preparatory operations, an excitation pulse 38 is formed on the first output bus, and an excitation pulse 39 is generated on the second bus with a delay of τ / 2. Depending on the voltage at the control input of the delay line 15, the pulse front 40 at its output may be ahead or behind the pulse front 39 by time τ / 2, coincide with it or occupy some intermediate position. The pulses 39 and 40, entering the inputs of the shapers 11 and 9, respectively, are amplified and excite the piezoelectric transducers 2 and 6, respectively. The decoder 17 sets the code combination at the control inputs of the switch 12, which connects its fourth signal input to the output for receiving the leading reference pulse from the piezoelectric transducer 8. After excitation of the piezoelectric transducers 2 and 6, the ultrasonic detectors propagate along the information path along the flow and in the reference path, the receiving unidirectional 27 , a and pulses 27, b; 27, with the second, fourth, etc. recirculation is fed to the input of the amplifier-shaper 13, amplified and detected by zero transitions. Registered receiving signals acting on the first input of the first distributor 14 are not output to its outputs until the receipt of the enabling gate 41, which is formed on the seventh output bus at the time moment preceding the arrival of the leading reference pulse. The duration of the gate 41 allows you to select from the considered sequences only leading reference and information. The pulse distributor 14 when gating two pulses, the first of them directs the first input, and the second - the second.

Опережающий опорный импульс 42 на первом выходе распределителя 14 поступает на первый вход ждущего преобразователя 20 и третий вход дешифратора 17, который формирует на управляющих входах коммутатора 12 другую кодовую комбинацию, соединяющую его второй сигнальный вход с выходом, для приема информационного импульса. Одновременно осуществляется запуск ждущего преобразователя 20, причем на его первом входе действует сумма напряжений от источника 18 опорного напряжения и ЦАП 22, определяемая текущим кодом k₁. При поступлении информационного импульса 43, отстоящего от опорного на время t₁, со второго выхода распределителя 14 дискриминатор 23 времени сопоставляет временное расположение его фронта с фронтом выходного импульса 44 ждущего преобразователя 20 и вырабатывает логическое управляющее воздействие 45, которое поступает в микроконтроллер 24 по шине ввода и осведомляет его о направлении коррекции кода k₁. Таким образом, шина ввода замыкает первый контур регулирования.The leading reference pulse 42 at the first output of the distributor 14 is fed to the first input of the standby converter 20 and the third input of the decoder 17, which forms another code combination at the control inputs of the switch 12 connecting its second signal input to the output to receive an information pulse. At the same time, the standby converter 20 is started, and at its first input, the sum of the voltages from the source 18 of the reference voltage and the DAC 22 is determined by the current code k ₁ . Upon receipt of the information pulse 43, which is separated from the reference pulse by time t ₁ , from the second output of the distributor 14, the time discriminator 23 compares the temporal location of its front with the front of the output pulse 44 of the inverter 20 and generates a logical control action 45, which enters the microcontroller 24 via the input bus and informs him of the direction of correction of the code k ₁ . Thus, the input bus closes the first control loop.

В том же цикле в такте против потока работа ультразвукового расходомера аналогичная, с той разницей, что задействован второй контур регулирования, загружается кодом k₂ только первый ЦАП 22, на третьей шине вывода устанавливается логическая 4, импульс 39 поступает на вход формирователя 10 и возбуждаются пьезопреобразователи 3 и 6, последовательные кодовые комбинации на выходах дешифратора 17 обеспечивают прием информационного импульса 43 против потока, отстоящего от опорного на время t₂, а микроконтроллер 24 получает осведомление о направлении его коррекции кода k₂.In the same cycle, in operation against the flow, the operation of the ultrasonic flowmeter is similar, with the difference that the second control circuit is activated, only the first DAC 22 is loaded with the code k ₂ , the logical 4 is installed on the third output bus, the pulse 39 is fed to the input of the former 10 and the piezoelectric transducers are excited 3 and 6, consecutive code combinations at the outputs of the decoder 17 receive an information pulse 43 against the stream that is away from the reference one at time t ₂ , and the microcontroller 24 receives information about the direction its correction code k ₂ .

В цикле с отстающим опорным импульсом в такте по потоку работа ультразвукового расходомера аналогичная, с той разницей, что задействован третий контур регулирования, загружается кодом K₂ только первый ЦАП 22, на третьей шине вывода устанавливается логический 0, а на четвертой шине вывода - логическая 1, импульс 39 поступает на формирователь 11 и возбуждаются пьезопреобразователи 2 и 6, формирование строба 41 задерживается микроконтроллером 24 на время D/2C. последовательные кодовые комбинации на выходах дешифратора 17 обеспечивают прием информационного импульса 42 с пьезопреобразователя 3 и опорного импульса 43 с пьезопреобразователя 6, отстающего от информационного на время T₂, сопоставляются фронты импульса 44 с ждущего преобразователя 20 и опорного импульса 43, а микроконтроллер 24 получает осведомление 45 о направлении коррекции кода K₂.In a cycle with a lagging reference pulse in the flow, the operation of the ultrasonic flowmeter is similar, with the difference that the third control loop is activated, only the first DAC 22 is loaded with the code K ₂ , logical 0 is set on the third output bus, and logical 1 is set on the fourth output bus , the pulse 39 is supplied to the former 11 and the piezoelectric transducers 2 and 6 are excited, the formation of the gate 41 is delayed by the microcontroller 24 for the duration of D / 2C. sequential code combinations at the outputs of the decoder 17 receive the information pulse 42 from the piezoelectric transducer 3 and the reference pulse 43 from the piezoelectric transducer 6, which is behind the information pulse by the time T ₂ , the edges of the pulse 44 from the standby transducer 20 and the reference pulse 43 are compared, and the microcontroller 24 receives information 45 about the direction of correction of the code K ₂ .

В том же цикле в такте против потока работа устройства аналогичная, с той разницей, что задействован четвертый контур регулирования, загружается кодом K₁ только первый ЦАП 22, на третьей и четвертой шинах вывода устанавливаются логические 1, импульс 39 поступает на формирователь 10, возбуждая пьезопреобразователи 3 и 6, формирование строба 41 осуществляется с задержкой D/2C, последовательно образующиеся кодовые комбинации на выходах дешифратора 17 обеспечивают прием информационного импульса 42 с пьезопреобразователя 2 и опорного импульса 43 с пьезопреобразователя 6, отстающего от информационного на время T₁, сопоставляются фронты импульса 44 с ждущего преобразователя 20 и опорного импульса 43, а результат сопоставления 45 осведомляет микроконтроллер 24 о направлении коррекции кода K₁.In the same cycle, in a counter-flow cycle, the operation of the device is similar, with the difference that the fourth control circuit is activated, only the first DAC 22 is loaded with the code K ₁ , logical 1s are installed on the third and fourth output buses, pulse 39 is supplied to the former 10, exciting the piezoelectric transducers 3 and 6, the formation of the gate 41 is carried out with a delay D / 2C, sequentially generated code combinations at the outputs of the decoder 17 provide the reception of the information pulse 42 from the piezoelectric transducer 2 and the reference pulse 43 with pye opreobrazovatelya 6, inferior to the information on the time T _1, compared with pulse edges 44 monostable converter 20 and the reference pulse 43, and the result of comparison 45 informs the microcontroller 24 of the code correction direction K _1.

При значении задержки τ₃= τ/2 в линии 15 задержки происходит одновременное возбуждение опорных и информационных сигналов. В этом случае, как и в прототипе, абсолютные значения задержек в формирователях зондирующих импульсов автоматически компенсируются, так как обрабатываются разностные интервалы времени, а функция преобразования устройства по скорости V потока в циклах с опережающим опорным сигналом, как и в прототипе, имеет вид

где
Δ L = L₂ - L₁ = D/2 - разность длин информационной и первой опорной акустических баз.When the delay value is τ ₃ = τ / 2 in the delay line 15, the reference and information signals are simultaneously excited. In this case, as in the prototype, the absolute values of the delays in the probes of the probing pulses are automatically compensated, since the difference time intervals are processed, and the function of converting the device to the speed V of the stream in cycles with the leading reference signal, as in the prototype, has the form

Where
Δ L = L ₂ - L ₁ = D / 2 - the difference between the lengths of the information and the first reference acoustic base.

Мерой скорости потока является разность Δ k = k₁ - k₂ между кодом, формируемым в такте по потоку и кодом против потока. При тех же условиях функция преобразования устройства по скорости V потока в циклах с отстающим опорным сигналом, имеет вид

где
δ L = L'₁ - L₂ = D/2 - разность длин второй опорной и информационной акустических баз, а мерой скорости потока является разность Δ K = K₁ - K₂ между кодом против потока и кодом по потоку.A measure of the flow rate is the difference Δ k = k ₁ - k ₂ between the code generated in a bar along the stream and the code against the stream. Under the same conditions, the function of converting the device according to the flow velocity V in cycles with a lagging reference signal has the form

Where
δ L = L ' ₁ - L ₂ = D / 2 is the difference between the lengths of the second reference and information acoustic bases, and the measure of the flow rate is the difference Δ K = K ₁ - K ₂ between the code against the stream and the code downstream.

Так как время t₀ между опережающим и отстающим опорными импульсами свободно от инструментальных искажений и неизменно в двух последовательных циклах, то любые ошибки при определении времен t₁ и t₂ и соответствующая им погрешность измерения Δ k в циклах с опережающим опорным импульсом приведут к таким же ошибкам и погрешности измерения Δ K в циклах с отстающим опорным сигналом, но с противоположным знаком. Смысл автоматической компенсации этих ошибок заключается в том, что микроконтроллер после коррекции текущих кодов определяет полусумму

и после соответствующего масштабирования с помощью клавиатуры выводит ее на дисплей 25 как скорость потока, объемный расход или объем.Since the time t ₀ between leading and lagging reference pulses is free from instrumental distortion and is constant in two consecutive cycles, any errors in determining the times t ₁ and t ₂ and the corresponding measurement error Δ k in cycles with leading reference pulse will lead to the same errors and measurement errors Δ K in cycles with a lagging reference signal, but with the opposite sign. The meaning of automatic compensation for these errors is that the microcontroller, after correcting the current codes, determines half the amount

and after appropriate scaling using the keyboard displays it on the display 25 as the flow rate, volumetric flow rate or volume.

Источниками нескомпенсированных задержек при τ₃≠ τ/2 информационных импульсов являются следующие:
- задержки в формирователях 9, 10 и 11 зондирующих импульсов;
- начальная асимметрия опорных и информационных траекторий ΔL = δL , которая возникает из-за технологической невозможности точного установления расстояния D между пьезопреобразователями 6 и 8 и длины информационной акустической базы, равной 5,5 D;
- искажения формы приемных сигналов на потоке, приводящие к сигнальным задержкам.The sources of uncompensated delays at τ ₃ ≠ τ / 2 information pulses are the following:
- delays in the shapers 9, 10 and 11 of the probe pulses;
- the initial asymmetry of the reference and information paths ΔL = δL, which arises due to the technological impossibility of accurately establishing the distance D between the piezoelectric transducers 6 and 8 and the length of the acoustic information base equal to 5.5 D;
- distortion of the shape of the receiving signals on the stream, leading to signal delays.

Описанные источники приводят к рассимметрированию во временном расположении информационных сигналов в циклах относительно опорных как в неподвижной среде, так и на потоке: t₁≠T₁ и t₂≠T₂.The described sources lead to asymmetry in the temporal arrangement of information signals in cycles relative to the reference ones both in a stationary medium and on a stream: t ₁ ≠ T ₁ and t ₂ ≠ T ₂ .

Компенсация всех задержек, то есть симметрирование информационных сигналов в циклах, осуществляется за счет создания опережений или задержек τ₃ возбуждения формирователя 9 в опорных каналах, что эквивалентно сдвигу импульсных последовательностей 26 и 27 рециркулируемых сигналов (фиг. 2) соответственно влево или вправо.Compensation of all delays, that is, the balancing of information signals in cycles, is carried out by creating advances or delays τ _{3 of the} excitation of the driver 9 in the reference channels, which is equivalent to the shift of the pulse sequences 26 and 27 of the recycled signals (Fig. 2), respectively, left or right.

Автоматическую компенсацию задержек осуществляет пятый контур регулирования, содержащий второй ЦАП 21, управляемую линию 15 задержки и дискриминатор 23 ошибки, реализованный в микроконтроллере 24, который работает следующим образом. Automatic delay compensation is carried out by the fifth control loop, comprising a second DAC 21, a controlled delay line 15 and an error discriminator 23 implemented in the microcontroller 24, which operates as follows.

После каждых двух циклов работы микроконтроллер сопоставляет откорректированные текущие коды k₁, k₂, K₁ и K₂. Если k₁ > K₁ и k₂ > K₂, то микроконтроллер уменьшает код k₃, которым загружается второй ЦАП 21, его выходное напряжение и задержка линии 15 уменьшаются и осуществляется симметрирование информационных импульсов за счет сдвига последовательностей 26 и 27 влево. Если k₁ < K₁ и k₂ < K₂, то микроконтроллер увеличивает код k₃, выходное напряжение ЦАП 21 и задержка τ₃ увеличиваются, что обеспечивает симметрирование за счет сдвига последовательностей 26 и 27 вправо. Регулирование осуществляется до установления равенства кодов k₁ = K₁ и k₂ = K₂, при котором код k₃ остается без изменений. Случаи, когда k₁ > K₁; k₂ < K₂ и k₁ < K₁; k₂ > K₂ используются для диагностики неисправности устройства. Таким образом пятый контур осуществляет автоматическую компенсацию погрешностей измерений, вызванных нарушением заданной геометрии измерительного участка, неустраненных задержек в контурах регулирования и сигнальных задержек δτ₂ и δτ₃ от искажения формы информационных сигналов, что повышает точность измерения.After every two cycles of operation, the microcontroller compares the corrected current codes k ₁ , k ₂ , K ₁ and K ₂ . If k ₁ > K ₁ and k ₂ > K ₂ , then the microcontroller reduces the code k ₃ , which loads the second DAC 21, its output voltage and delay line 15 are reduced and the information pulses are balanced by shifting the sequences 26 and 27 to the left. If k ₁ <K ₁ and k ₂ <K ₂ , then the microcontroller increases the code k ₃ , the output voltage of the DAC 21 and the delay τ ₃ increase, which provides symmetry due to the shift of sequences 26 and 27 to the right. Regulation is carried out until the equality of codes k ₁ = K ₁ and k ₂ = K ₂ , in which the code k ₃ remains unchanged. Cases when k ₁ > K ₁ ; k ₂ <K ₂ and k ₁ <K ₁ ; k ₂ > K ₂ are used to diagnose a device malfunction. Thus, the fifth circuit automatically compensates for measurement errors caused by the violation of the given geometry of the measuring section, unresolved delays in the control loops and signal delays δτ ₂ and δτ ₃ from distortion of the shape of the information signals, which increases the measurement accuracy.

Неодновременность возбуждения в циклах и тактах опорных и информационных импульсов вызывает мультипликативную составляющую погрешности

где Δτ = τ₃-τ/2 ,
а изменение соотношения задержек при старении или от температуры приводит к аддитивной составляющей погрешности

что не превышает тысячные доли процента, в то время как в прототипе аналогичные задержки предопределяют погрешности, исчисляемые единицами и даже десятками процентов.The non-simultaneity of excitation in the cycles and clock cycles of the reference and information pulses causes the multiplicative component of the error

where Δτ = τ ₃ -τ / 2,
and a change in the ratio of delays during aging or from temperature leads to the additive component of the error

which does not exceed thousandths of a percent, while in the prototype similar delays predetermine errors calculated in units or even tens of percent.

Предложенное устройство не имеет специальных калибровочных тактов каждый такт является рабочим, а результаты обработки в нем учитываются в выходной измерительной информации. Способ, на котором реализовано устройство, предполагает создание отсчетной временной базы между двумя опорными сигналами в двух циклах и симметричное расположение информационных импульсов в ней за счет геометрии измерительного участка, одинаковую чувствительность преобразования в циклах с равными, но противоположными по знаку погрешностями измерения от ошибок в определении времен распространения всех сигналов, автоматический перенос этих ошибок без определения их абсолютных величин во время распространения опорных сигналов с помощью пятого контура регулирования и автоматическую компенсацию погрешности измерения из-за сигнальных задержек за счет предложенной методики обработки текущих кодов в циклах. The proposed device does not have special calibration cycles, each cycle is a working one, and the processing results in it are taken into account in the output measurement information. The method on which the device is implemented involves the creation of a reference time base between two reference signals in two cycles and the symmetrical arrangement of information pulses in it due to the geometry of the measuring section, the same conversion sensitivity in cycles with equal but opposite sign measurement errors from determination errors propagation times of all signals, automatic transfer of these errors without determining their absolute values during the propagation of reference signals with the fifth control loop and automatic compensation of measurement errors due to signal delays due to the proposed methodology for processing current codes in cycles.

Как и в прототипе, предложенное устройство для стабилизации ждущего преобразователя 20 напряжение - время с обратной зависимостью и возможности самодиагностики предполагает использование калибровочного устройства по патенту РФ N 2082951, кл. G 01 F 1/66. As in the prototype, the proposed device for stabilizing a standby converter 20 voltage - time with an inverse relationship and the possibility of self-diagnosis involves the use of a calibration device according to RF patent N 2082951, class. G 01 F 1/66.

Claims

An ultrasonic flow meter comprising a measuring section of a pipe with the first and second receiving and transmitting piezoelectric transducers fixed on the first generatrix at a distance S from each other and two beveled reflectors diametrically opposite to them on the second generatrix, the third piezoelectric transducer and a flat reflector, respectively, at the intersection points of the first and second transverse planes pipe sections dividing the distance S into three equal parts, with the third and fourth generators passing through two vertices of the inscribed o into the cross section of an equilateral triangle, the third vertex of which belongs to the second generatrix, and the fourth receiving piezoelectric transducer diametrically opposite to the third piezoelectric transducer, as well as a microcontroller with input and output ports, a display and a keyboard connected to the fifth and sixth microcontroller output buses, the first digital-to-analog converter which through the first input of the adder is connected to the second input of the standby converter voltage is the time with an inverse relationship, the output of which through the second input of the time discriminator is connected to the microcontroller input bus, the reference voltage source connected to the second input of the adder, the first probing pulse shaper, the switch, the signal inputs of which are connected to the first, second, third and fourth piezoelectric transducers, respectively, and an amplifier-shaper, different the fact that a controlled delay line, the first and second pulse distributors, a decoder, a second digital-to-analog converter, the second and third forms are introduced into it probe pulser, and the length of the path of the propagation of ultrasonic vibrations from the first piezoelectric transducer to the second and in the opposite direction through the surfaces of the reflectors and the third piezoelectric transducer, made by the transmitter-receiver, is 5.5 internal pipe diameters, while the outputs of all the probe pulsers are connected respectively to the first , the second and third signal inputs of the switch, the first microcontroller output bus through a controlled delay line is connected to the input of the third probe pulse generator, the second microcontroller output bus is connected to the first input of the second pulse distributor, the first and second outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second probe pulse shapers, the second control input of the second pulse distributor is connected to the third microcontroller output bus and connected to the first input a decoder, the second input of which is connected to the fourth microcontroller output bus, and its first and second outputs are connected to corresponding control inputs of the switch, the output of which through the amplifier-driver is connected to the first input of the first pulse distributor, the second input of which is connected to the seventh microcontroller output bus, its first output is connected to the first input of the standby voltage-time converter and connected to the third input of the decoder, the second output the first pulse distributor is connected to the first input of the time discriminator, the inputs of the first cyro-analog converter are connected to the corresponding inputs of the second a digital to analog converter whose output is connected to a second input of controllable delay line.