[实用新型]锁相频差超声流量计

说明书

本实用新型属于一种液体流量测量仪器，它可应用于化工、石油、自来水等管道的流量检测。

目前的超声流量计有采用时差法、相位差法、频差法（声环法）。这三种方法都是脉冲断续发射－－接收方式。我们知道，用时差法或相位差都受到由温度影响的声速影响，生产较大的测量误差。频差法是利用顺逆二个脉冲声道的频率（即声环）差测定流速而得到管截面流量模式，此种流量与频差关系已没有声速项，也即与液温没有关系，这种方法的应用受到极大重视，特别是变换器有二个折射面时，在声楔中的声速C′受温度影响极小，△C′引起的测量误差可减少一个数量级，而声环频率测量精度可测到相当高。但是通常研制的采用脉冲声环法的流量计，往往会受到偶然因子扰动，例如汽泡或颗粒杂质等阻挡，使工作过程破坏，产生不稳定现象。另外，工业管道内流体一般都属于不稳定，对声脉冲有较大影响，使接收到的形脉冲畸变较大，带来不稳定因素。

本实用新型的目的是提供一种采用连续波发射、双声道锁相处理的频差法测量的流量计。这种流量计克服了前述的不稳定因素，使流量计能可靠稳定工作。

本实用新型采用双声道，即顺环系统Ⅰ和逆环系统Ⅱ和差频器Ⅲ组成，见图1。顺环系统Ⅰ和逆环系统Ⅱ结构相同，只是发射方向相反  这种系统由接收换能器1、接收解调器2、过零比较器3、锁相环4、波形变换器5、调制器6、功率放大器7和发射换能器8组成。

下面结合图2说明工作原理如下：

顺环系统Ⅰ：经过调制的高频信号发生器由集成电路IC₅（74HCO4）及外围电路组成石英稳频电路，该电路为一个多谐振荡器，石英晶振为10兆赫。信号经三极管BG₃功率放大后推动换能器（锆钛酸铝压电晶片），向管道液体发射超声波，接收换能器1接收的信号经调幅放大，解调成正弦调制波，接收解调器由集成电路IC₁（D2204）及外围电路组成。R₁C₁是自动增益电路，L₁C₃组成接收信号的谐振电路，带宽小于10KHZ已满足要求，集成电路D2204内部电路可完成调幅检波，输出信号经三极管BG₁放大后推动集成电路IC₂比较器。过零比较器3由集成电路IC₂（LM393）及外围电路组成迟滞比较，C₅、C₆使信号过零比较形成通路，比较信号由集成电路IC₂的7脚进入锁相环4的输入端14脚。锁相环4由集成电路IC₃（CD4046）及外围电路R₁₀、R₁₁、R₁₂、C₉、C₁₀组成。R₁₁、R₁₂、C₉组成比例积分型环路滤波器，它具有低通滤波性质，把鉴相器检出的相位误差转换成直流电压去推动压控振荡器，由4端输出的方波频率信号反馈到鉴相器另一输入端3脚与14脚输入信号比较，以消除相位误差，在13脚输出滤波时，相位误差可自动校正到零，以满足数学模型中的假设条件，压控振荡器中心频率由R₁₀、C₁₀调定。集成电路IC₃输出脚4端方波信号fm₁分二路，一路fm₁可直接到差频器Ⅲ与fm₂相减，以取得频差；另一路要把此方波信号送到集成电路IC₄转换为正弦信号，才可调制高频信号以载波形式发送到管道中去。波形变换器5由集成电路IC₄（CD4069）及外围电路R₁₃、C₁₁、C₁₂组成。C₁₁可防止电路振荡，C₁₂是积分电容，R₁₃是产生使反相器变成线性放大器所需工作点的电阻。正弦波由8脚输出至调制器6经开关管BG₂去调制高频信号，BG₂的发射极串接在集成电路IC₅中，BG₂基极电压的变化使其射极输出电压变化，因而IC₅的有效电源电压发生相应变化，使高频信号受到调制。被调制的信号经功率放大器7功放后送至发射换能器8发射。