УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОХОЖДЕНИЯ СИГНАЛОВ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ ЧЕРЕЗ КОНТРОЛИРУЕМУЮ СРЕДУ В ТРУБОПРОВОДЕ
APPARATUS FOR TRANSMITTING ULTRASONIC SIGNALS THROUGH INSPECTED MEDIUM IN PIPELINE

Предлагаемое техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе с высокой степенью идентичности, что позволит увеличить точность измерения объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе.
Аналогичные технические решения известны, см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №569854, которое содержит:
- трубопровод (1) с контролируемой средой;
- первый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (2), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (3), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- третий ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (4), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- четвертый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (5), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- пятый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (6), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- шестой ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (7), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- седьмой ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (8), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- восьмой ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (9), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- первый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу первого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (2);
- второй управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу второго ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (3);
- третий управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу третьего ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (4);
- четвертый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу четвертого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (5), причем первый, второй, третий и четвертый управляемые ключи реализованы в виде первого переключателя (10);
- пятый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу пятого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (6);
- шестой управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу шестого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (7);
- седьмой управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу седьмого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (8);
- восьмой управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу восьмого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (9), причем пятый, шестой, седьмой и восьмой управляемые ключи реализованы в виде второго переключателя (11);
- формирователь (12) возбуждающих сигналов, подсоединенный своим первым выходом к вторым выводам первого, второго, третьего и четвертого управляемых ключей и своим вторым выходом к вторым выводам пятого, шестого, седьмого и восьмого управляемых ключей;
- усилитель (13), подсоединенный своим первым входом к соответствующим выводам первого, второго, третьего и четвертого ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей через управляемые ключи первого переключателя (10) и своим вторым входом к соответствующим выводам пятого, шестого, седьмого и восьмого ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей через управляемые ключи второго переключателя (11);
- узел вычисления объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе, выполненный в виде третьего переключателя (14), подсоединенного своим входом к выходу усилителя (13), своим первым выходом к первому входу формирователя (12) возбуждающих сигналов и своим вторым выходом к первому входу дискриминатора (15) времени, четвертого переключателя (16), подсоединенного своим входом к выходу дискриминатора (15) времени, первого импульсного генератора (17), подсоединенного своим входом к первому выходу четвертого переключателя (16), второго импульсного генератора (18), подсоединенного своим входом к второму выходу четвертого переключателя (16), и пятого переключателя (19), подсоединенного своим первым входом к выходу первого импульсного генератора (17), своим вторым входом к выходу второго импульсного генератора (18), своим первым выходом к второму входу дискриминатора (15) времени и своим вторым выходом к второму входу формирователя (12) возбуждающих сигналов, а также измерителя (20) расхода контролируемой среды в трубопроводе, подсоединенного своим первым входом к выходу первого импульсного генератора (17) и своим вторым входом к выходу второго импульсного генератора (18).
Общими признаками предлагаемого технического решения и выше охарактеризованного аналога являются:
- источник сигналов ультразвуковой частоты (формирователь возбуждающих импульсов);
- как минимум, «N»-управляемых ключей (первый, второй, третий и четвертый управляемые ключи), подсоединенные своими первыми выводами к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты;
- «М»-первых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей (первый и второй ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи), установленные на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенные своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам одних из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей;
- «М»-вторых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей (третий и четвертый ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи), установленные на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенные своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам других из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей;
- усилитель;
- схема управления, подсоединенная своими соответствующими выходами к управляющим входам, как минимум «N»-управляемых ключей.
Известно также аналогичное техническое решение (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1026015), которое выбрано в качестве прототипа и которое содержит:
- трубопровод (1) с контролируемой средой;
- первый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (2), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (3), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- третий ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (4), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- четвертый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (5), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- пятый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (6), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- шестой ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (7), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- седьмой ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (8), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- восьмой ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (9), установленный на трубопроводе с контролируемой средой;
- первый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу первого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (2);
- второй управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу второго ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (3);
- третий управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу третьего ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (4);
- четвертый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу четвертого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (5), причем первый, второй, третий и четвертый управляемые ключи реализованы в виде первого переключателя (10);
- пятый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу пятого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (6);
- шестой управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу шестого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (7);
- седьмой управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу седьмого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (8);
- восьмой управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к выводу восьмого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя (9), причем пятый, шестой, седьмой и восьмой управляемые ключи реализованы в виде второго переключателя (11);
- формирователь (12) возбуждающих импульсов, подсоединенный своим первым выходом к вторым выводам первого, второго, третьего и четвертого управляемых ключей и своим вторым выходом к вторым выводам пятого, шестого, седьмого и восьмого управляемых ключей;
- усилитель (13), подсоединенный своим первым входом к соответствующим выводам первого, второго, третьего и четвертого ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей через управляемые ключи первого переключателя (10) и своим вторым входом к соответствующим выводам пятого, шестого, седьмого и восьмого ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей через управляемые ключи второго переключателя (11);
- узел вычисления объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе, выполненный в виде третьего переключателя (14), подсоединенного своим входом к выходу усилителя (13), своим первым выходом к первому входу формирователя (12) возбуждающих сигналов и своим вторым выходом к первому входу дискриминатора (15) времени, четвертого переключателя (16), подсоединенного своим входом к выходу дискриминатора (15) времени, первого импульсного генератора (17), подсоединенного своим входом к первому выходу четвертого переключателя (16), второго импульсного генератора (18), подсоединенного своим входом к второму выходу четвертого переключателя (16), и пятого переключателя (19), подсоединенного своим первым входом к выходу первого импульсного генератора (17), своим вторым входом к выходу второго импульсного генератора (18), своим первым выходом к второму входу дискриминатора (15) времени и своим вторым выходом к второму входу формирователя (12) возбуждающих сигналов, а также измерителя (20) расхода контролируемой среды в трубопроводе, подсоединенного своим первым входом к выходу первого импульсного генератора (17) и своим вторым входом к выходу второго импульсного генератора (18);
- схему управления, выполненную в виде счетчика импульсов (21), подсоединенного своим входом к выходу третьего переключателя (19) узла вычисления объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе, формирователя (22) управляющих импульсов, подсоединенного своим входом к выходу счетчика импульсов (21), и коммутатора (23), подсоединенного своим входом к выходу формирователя (22) управляющих импульсов, и подсоединенного своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого и восьмого управляемых ключей.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:
- источник сигналов ультразвуковой частоты (формирователь возбуждающих импульсов);
- как минимум, «N»-управляемых ключей (первый, второй, третий и четвертый управляемые ключи);
- «М»-первых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей (первый и второй ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи), установленные на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенные своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам одних из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей;
- «М»-вторых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей (третий и четвертый ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи), установленные на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенные своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам других из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей;
- усилитель;
- схема управления, подсоединенная своими соответствующими выходами к управляющим входам, как минимум, «N»-управляемых ключей и к входу источника сигналов ультразвуковой частоты.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных аналогичных технических решений, заключается в исключении влияния разброса параметров электронных компонентов на процесс прохождения сигналов ультразвуковой частоты по электронным цепям устройства и получение, вследствие этого, сигналов ультразвуковой частоты, прошедших через контролируемую среду в трубопроводе, с высокой степенью идентичности.
Причиной невозможности получения вышеуказанного технического результата является то, что в известных аналогичных технических решениях используются различные цепи, состоящие из различных электронных компонентов, для прохождения сигналов ультразвуковой частоты, и, соответственно, различные каналы, один из которых, например, образован:
- одним (первым) выходом схемы развязки, первым управляемым ключом, первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем, контролируемой средой в трубопроводе, вторым ультразвуковым преобразователем и вторым управляемым ключом для прохождения через него сигналов ультразвуковой частоты по потоку контролируемой среды в трубопроводе и поступления их на первый вход усилителя, а другой из которых, например, образован:
- другим (вторым) выходом схемы развязки, третьим (не входящим в первый канал) управляемым ключом, вторым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем, контролируемой средой в трубопроводе, первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем, четвертым управляемым ключом (не входящим в первый канал) для прохождения через него сигналов ультразвуковой частоты против потока контролируемой среды в трубопроводе и их поступления на второй вход усилителя, поэтому разброс параметров указанных электронных компонентов оказывает существенное влияние на прохождение сигналов ультразвуковой частоты по электронным цепям устройства и на их значения и параметры, так как даже двух электронных компонентов одного наименования, имеющих одинаковые параметры, практически не существует.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача по исключению влияния разброса параметров электронных компонентов на процесс прохождения сигналов ультразвуковой частоты по электронным цепям и, как следствие этого, получение сигналов ультразвуковой частоты, прошедших через контролируемую среду в трубопроводе, с высокой степенью идентичности является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе, содержащее источник сигналов ультразвуковой частоты, как минимум, «N»-управляемых ключей, как минимум «М»-первых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам одних из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, «М» вторых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам других из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, усилитель и схему управления, подсоединенную своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим входам, как минимум, «N»-управляемых ключей и к входу источника сигналов ультразвуковой частоты, снабжено схемой развязки, подсоединенной своим входом к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты и своим выходом к соответствующим (первым) выводам, как минимум «N»-управляемых ключей к входу усилителя.
Введение схемы развязки и выполнение соответствующих соединений, как указано выше, позволяет подать сформированные сигналы ультразвуковой частоты по цепи: выход источника сигналов ультразвуковой частоты, схемы развязки, первый управляемый ключ, первый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, по потоку контролируемой среды в трубопроводе, второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, второй управляемый ключ, вход усилителя - и обеспечить прохождение сигналов ультразвуковой частоты, по потоку контролируемой среды в трубопроводе.
А также позволяет подать сформированные сигналы ультразвуковой частоты по этой же цепи: выход источника сигналов ультразвуковой частоты, схема развязки, второй управляемый ключ, второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, против потока контролируемой среды в трубопроводе, первый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, первый управляемый ключ, вход усилителя - и обеспечить прохождение сигналов ультразвуковой частоты,против потока контролируемой среды в трубопроводе.
Таким образом, сигналы ультразвуковой частоты, прошедшие по потоку или против потока контролируемой среды в трубопроводе и в первом, и во втором, и в любом другом из каналов, не подвержены влиянию разброса параметров электронных компонентов, так как сигналы ультразвуковой частоты в любом из каналов проходят по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе по одним и тем же цепям, состоящим из одних и тех же электронных компонентов, причем поступление этих сигналов на вход усилителя обеспечивает получение на его выходе сигналов ультразвуковой частоты, прошедших через контролируемую среду в трубопроводе, с высокой степенью идентичности.
В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности признаков предлагаемого технического решения, так и отличительных признаков с присущими им свойствами, что позволило сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Предлагаемое техническое решение поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе, на фиг.2 представлена схема управления, а на фиг.3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу устройства для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе.
Предлагаемое устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе содержит:
- источник - 1 сигналов ультразвуковой частоты;
- схему - 2 развязки, подсоединенную своим входом к выходу источника - 1 сигналов ультразвуковой частоты;
- как минимум, «N»-управляемых ключей (первый управляемый ключ - 3, второй управляемый ключ - 4, третий управляемый ключ - 5 и четвертый управляемый ключ - 6), подсоединенных своими первыми выводами к выходу схемы - 2 развязки;
- «М»-первых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей (первый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь - 7 и второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь - 8), установленных на трубопроводе - 9 с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам одних из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, т.е. вывод первого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя - 7 подсоединен к второму выводу первого управляемого ключа - 3, вывод второго ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя - 8 подсоединен к второму выводу третьего управляемого ключа - 5;
- «М»-вторых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей (третий ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь - 10 и четвертый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь - 11), установленных на трубопроводе - 9 с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим выводам других из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, т.е. вывод третьего ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя - 10 подсоединен к второму выводу второго управляемого ключа - 4, вывод четвертого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя - 11 подсоединен к второму выводу четвертого управляемого ключа - 6;
- схему управления - 12, подсоединенную своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим входам, как минимум, «N»-управляемых ключей, т.е. первый выход схемы управления - 12 подсоединен к управляющему входу первого управляемого ключа - 3, второй выход схемы управления - 12 подсоединен к управляющему входу второго управляемого ключа - 4, третий выход схемы управления - 12 подсоединен к управляющему входу третьего управляемого ключа -5, четвертый выход схемы управления - 12 подсоединен к управляющему входу четвертого управляемого ключа - 6 и своим пятым выходом схема управления - 12 подсоединена к входу источника - 1 сигналов ультразвуковой частоты;
- усилитель - 13, подсоединенный своим входом к выходу схемы - 2 развязки.
Представленная на фиг.2 схема управления - 12 содержит:
- формирователь - 14 импульсов прямоугольной формы;
- формирователь - 15 стробирующих импульсов, подсоединенный своим входом к выходу формирователя - 14 импульсов прямоугольной формы;
- первый элемент - 16 исключающее - «ИЛИ», подсоединенный своим первым входом к первому выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов, подсоединенного через вывод - 17 (пятый выход схемы управления - 12) к входу источника - 1 сигналов ультразвуковой частоты;
- второй элемент - 18 исключающее «ИЛИ», подсоединенный своим первым входом к первому выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов и своим вторым входом к второму выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов;
- первый инвертор - 19, подсоединенный своим входом к второму выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов и своим выходом к второму входу первого элемента - 16 исключающее «ИЛИ»;
- второй инвертор - 20, подсоединенный своим входом к третьему выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов;
- первый элемент «И» - 21, подсоединенный своим первым входом к выходу первого элемента - 16 исключающее «ИЛИ», своим вторым входом к выходу второго инвертора - 20 и своим выходом через вывод - 22 к управляющему входу первого управляемого ключа - 3.
- второй элемент «И» - 23, подсоединенный своим первым входом к выходу второго элемента - 18 исключающее «ИЛИ», своим вторым входом к выходу второго инвертора - 20 и своим выходом через вывод - 24 к управляющему входу второго управляемого ключа - 4.
- третий элемент - 25 исключающее «ИЛИ», подсоединенный своим первым входом к первому выходу формирователя 15 стробирующих импульсов и своим вторым входом к выходу первого инвертора - 19;
- третий элемент «И» - 26, подсоединенный своим первым входом к выходу третьего элемента - 25 исключающее «ИЛИ», своим вторым входом к третьему выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов и своим выходом через вывод - 27 к управляющему входу третьего управляемого ключа - 5;
- четвертый элемент - 28 исключающее «ИЛИ», подсоединенный своим первым входом к первому выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов и своим вторым входом к второму выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов;
- четвертый элемент «И» - 29, подсоединенный своим первым входом к выходу четвертого элемента - 28 исключающее «ИЛИ», своим вторым входом к третьему выходу формирователя - 15 стробирующих импульсов и своим выходом через вывод - 30 к управляющему входу четвертого управляемого ключа - 6.
В качестве источника - 1 сигналов ультразвуковой частоты может быть использован источник сигналов ультразвуковой частоты, опубликованный в патенте РФ №2367912.
В качестве схемы - 2 развязки может быть использован буферный усилитель, опубликованный в книге У.Титце и К.Шенк «Полупроводниковая схемотехника», Москва, Мир, 1982 г. с.76
В качестве формирователя импульсов прямоугольной формы - 14 может быть использован мультивибратор на инверторах, опубликованный в справочнике «Популярные цифровые микросхемы» В.Л.Шило, М. «Радио и связь», 1987 г. с.218.
В качестве формирователя стробирующих импульсов - 15 может быть использован двоичный счетчик КР1554ИЕ10, опубликованный в справочнике «Логические интегральные схемы КР1533, КР1554», М., «Бином»1993 г., с.375.
Все остальные элементы, входящие в состав предлагаемого устройства для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе, широко известны и опубликованы в источниках информации по электронике и вычислительной технике.
Представленные на фиг.3 временные диаграммы, поясняющие работу устройства для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе, содержат:
а) - временные диаграммы импульсных сигналов на выходе формирователя импульсов прямоугольной формы 14;
0
1
2
б), в), г) - временные диаграммы импульсных сигналов A, A, A на выходах формирователя стробирующих импульсов 15;
д) - временные диаграммы сигналов ультразвуковой частоты на выходе схемы - 2 развязки;
е), ж), з), и) - временные диаграммы сигналов управления ключами (см. фиг.1):
е) - первым управляемым ключом - 3
ж) - вторым управляемым ключом - 4
з) - третьим управляемым ключом - 5
и) - четвертым управляемым ключом - 6
1
2
3
4
Сигналы управления S, S, S, S выделяют временные интервалы прохождения ультразвуковых колебаний через контролируемую среду в трубопроводе по потоку, против потока, при излучении и приеме ультразвуковых колебаний, через первый канал, образованный источником - 1 сигналов ультразвуковой частоты, схемой - 2 развязки, первым управляемым ключом - 3, первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем - 7; вторым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем - 10, вторым управляемым ключом - 4 и усилителем 13, и через второй канал, образованный источником - 1 сигналов ультразвуковой частоты, схемой - 2 развязки, третьим управляемым ключом - 4, третьим ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем - 8, четвертым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем - 11, четвертым управляемым ключом - 6 и усилителем - 13;
к), л), м), н) - временные диаграммы прохождения ультразвуковых колебаний по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе на выводах ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей для первого и второго каналов;
о) - временные диаграммы сигналов ультразвуковой частоты на выходе усилителя 13.
0
1
2
Предлагаемое устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе работает следующим образом. Под действием управляющего сигнала, сформированного формирователем - 14 импульсов прямоугольной формы (см. фиг.3 - «а»), поступающих с его выхода на вход формирователя - 15 стробирующих импульсов, на первом выходе формирователя - 15 стробирующих импульсов формируются импульсные сигналы - «A», на втором выходе -«A» и на третьем выходе - «А» (см. фиг.3-6, в, г).
0
1
1
0
1
2
0
1
2
1
С первого выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы - «A» поступают на первый вход первого элемента - 16 исключающее «ИЛИ» и на вывод - 17 (пятый выход схемы управления - 12), а с второго выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы - «A» через первый инвертор - 19 поступают на второй вход первого элемента - 16 исключающее «ИЛИ», с выхода которого импульсные сигналы поступают на первый вход первого элемента - 21 «И», на второй вход которого поступают импульсные сигналы - «Ā2» с третьего выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов через второй инвертор - 20. В результате обработки поступивших сигналов на выходе первого элемента «И» - 21 (вывод - 22, первый выход схемы управления - 12), в соответствии с математическим выражением: S=(A⊕Ā)·Ā, где: «A» - импульсные сигналы на первом выходе формирователя - 15 стробирующих импульсов; «Ā» - инверсные импульсные сигналы с второго выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов и «Ā» - инверсные импульсные сигналы с третьего выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов - формируется сигнал - «S» для управления первым управляемым ключом - 3 (см. фиг.3 - «е»).
0
1
2
С первого выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы - «A» поступают на первый вход второго элемента - 18 исключающее «ИЛИ», а с второго выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы -«A» поступают на второй вход второго элемента - 18 исключающее «ИЛИ», с выхода которого импульсные сигналы поступают на первый вход второго элемента - 23 «И», на второй вход которого поступают импульсные сигналы - «Ā» с третьего выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов через второй инвертор - 20.
2
0
1
2
0
1
2
2
В результате поступивших сигналов на выходе второго элемента - 23 «И» (вывод - 24, второй выход схемы управления - 12), в соответствии с математическим выражением: S=(A⊕Ā)·Ā, где: «А» - импульсные сигналы на первом выходе формирователя - 15 стробирующих импульсов; «А» - импульсные сигналы на втором выходе формирователя - 15 стробирующих импульсов и «Ā» - инверсные импульсные сигналы с третьего выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов - формируется сигнал - «S» для управления вторым управляемым ключом - 4 (см. фиг.3 - «ж»).
0
1
2
3
0
2
0
1
2
3
С первого выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы «А» поступают на первый вход третьего элемента - 25 исключающее «ИЛИ», с второго выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы - «Ā» через первый инвертор - 19 поступают на второй вход третьего элемента - 25 исключающее ИЛИ, с выхода которого импульсные сигналы поступают на первый вход третьего элемента - 26 «И», на второй вход которого поступают импульсные сигналы -«А» с третьего выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов. В результате поступивших сигналов на выходе третьего элемента - 26 «И» (вывод - 27, третий выход схемы управления - 12), в соответствии с математическим выражением: S=(A⊕Ā)·Ā, где: «A» - импульсные сигналы на первом выходе формирователя - 15 стробирующих импульсов; «Ā» - инверсные импульсные сигналы с второго выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов, «А» - импульсные сигналы на третьем выходе формирователя - 15 стробирующих импульсов - формируется сигнал «S» для управления третьим управляемым ключом - 5 (см. фиг.3 - «з»).
0
1
2
С первого выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы «А» поступают на первый вход четвертого элемента - 28 исключающее «ИЛИ» и с второго выхода формирователя - 15 стробирующих импульсов импульсные сигналы -«А» поступают на второй вход четвертого элемента - 28 исключающее «ИЛИ», с выхода которого импульсные сигналы поступают на первый вход четвертого элемента - 29 «И», на второй вход которого поступают импульсные сигналы - «А» с третьего выхода формирователя стробирующих импульсов - 15.
4
0
2
0
1
2
4
В результате поступивших сигналов на выходе четвертого элемента - 29 «И» (вывод - 30, четвертый выход схемы управления - 12), в соответствии с математическим выражением: S=(A⊕Ā)·Ā, где: «А» - импульсные сигналы на первом выходе, «А» - импульсные сигналы на втором выходе, «А» - импульсные сигналы на третьем выходе формирователя - 15 стробирующих импульсов, формируется сигнал «S» для управления четвертым управляемым ключом - 6 (см. фиг.3 - «и»).
При поступлении с пятого выхода (с вывода - 17) схемы управления - 12 сигналов управления на вход источника - 1 сигналов ультразвуковой частоты источник - 1 сигналов ультразвуковой частоты формирует кратковременные «зондирующие» импульсы (см. фиг.3 - «д»), которые поступают через схему развязки - 2, обеспечивающей усиление выходных сигналов ультразвуковой частоты и согласование выходного сопротивления источника - 1 сигналов ультразвуковой частоты и входного сопротивления нагрузки на первые выводы первого - 3, второго - 4, третьего - 5 и четвертого - 6 управляемых ключей.
1
В соответствии с сигналом управления - «S», поступающим с первого выхода (с вывода - 22) схемы управления - 12 на управляющий вход первого управляемого ключа - 3, контакты первого управляемого ключа - 3 замыкаются и на вывод первого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя - 7 поступает «зондирующий» сигнал. Первый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь - 7 преобразует кратковременный «зондирующий» сигнал в ультразвуковые колебания и направляет их по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 9 (см. фиг.3 - «к» и «л») к второму ультразвуковому пьезоэлектрическому преобразователю - 10. При этом управляющий сигнал с первого выхода схемы управления - 12 снимается с управляющего входа первого управляемого ключа - 3 и контакты первого управляемого ключа - 3 размыкаются.
2
Вслед за этим со второго выхода схемы управления - 12 (с вывода - 24) на управляющий вход второго управляющего ключа - 4 поступает управляющий сигнал -«S», который замыкает контакты второго управляемого ключа - 4 и обеспечивает поступление электрического сигнала, полученного в результате преобразования ультразвуковых колебаний, прошедших по потоку контролируемой среды в трубопроводе - 9, вторым ультразвуковым преобразователем - 10, на вход усилителя 13, а затем, через усилитель 13, поступление электрического сигнала ультразвуковой частоты на выход устройства для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе - 9 (см. фиг.3 - «о»).
После этого в соответствии с сигналом управления, поступающим с пятого выхода (с вывода - 17) схемы управления - 12 на вход источника - 1 сигналов ультразвуковой частоты, источник - 1 сигналов ультразвуковой частоты формирует следующий «зондирующий» сигнал (см. фиг.3 - «д»), который через замкнутые контакты второго управляемого ключа - 4 поступает на второй пьезоэлектрический преобразователь - 10. Второй пьезоэлектрический преобразователь - 10 преобразует «зондирующий» сигнал в ультразвуковые колебания и направляет их против потока контролируемой среды в трубопроводе - 9 (см. фиг.3 - «л» и «к») к первому ультразвуковому пьезоэлектрическому преобразователю - 7. При этом управляющий сигнал с второго выхода схемы управления - 12 снимается с управляющего входа второго управляемого ключа - 4 и его контакты размыкаются.
1
Вслед за этим с первого выхода схемы управления - 12 (с вывода - 22) на управляющий вход первого управляемого ключа- 3 поступает управляющий сигнал «S», который замыкает контакты первого управляемого ключа - 3 и обеспечивает поступление электрического сигнала, полученного в результате преобразования ультразвуковых колебаний, прошедших против потока контролируемой среды в трубопроводе - 9, первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем - 7, на вход усилителя 13, а затем, через усилитель 13, поступление электрического сигнала ультразвуковой частоты на выход устройства для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе - 9 (см. фиг.3 - «о»).
Вышеизложенным образом осуществляется работа устройства для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе по потоку и против потока в первом канале. Работа второго канала осуществляется аналогичным образом, причем временной интервал работы второго канала показан на диаграмме фиг.3 - «г», интервалы прохождения сигналов ультразвуковой частоты по потоку и против потока в первом и во втором каналах показаны на диаграмме фиг.3 - «в», а на диаграмме фиг.3 «б» показаны интервалы, в которых происходит прием сигналов ультразвуковой частоты, прошедших через контролируемую среду в трубопроводе по потоку и против потока в первом и во втором каналах.
Аналогично диаграммам фиг.3 - «к» и фиг.3 - «л», которые показывают прохождение сигналов ультразвуковой частоты по потоку и против потока в первом канале, на диаграммах фиг.3 - «м» и фиг.3 - «н» показано прохождение сигналов ультразвуковой частоты по потоку и против потока во втором канале.
Необходимо особо отметить, что сигналы ультразвуковой частоты, поступающие на вход усилителя - 13, проходят по потоку и против потока контролируемой среды в трубопроводе - 9 по одним и тем же элементам в каждом из каналов, и поэтому разброс параметров электронных элементов на эти сигналы не влияет.
Следовательно, предлагаемое устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе за счет создания идентичных каналов для прохождения сформированных сигналов ультразвуковой частоты по потоку и против потока через контролируемую среду в трубопроводе позволяет исключить влияние разброса параметров электронных компонентов на сигналы ультразвуковой частоты, прошедшие через контролируемую среду в трубопроводе, что, в свою очередь, позволяет повысить точность измерения объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе.
Поэтому предлагаемое устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе займет достойное место среди известных аналогичных технических решений.