RU1790740C - Расходомер - Google Patents

Abstract

Использование: расходомер может быть использован в контрольно-измерительных системах и относитс  к измерительной технике . Сущность изобретени : расходомер содержит три первичных преобразовател  1-3, один усилитель-формирователь 4, одну схему ИЛИ 5, одну схему И 6, один генератор импульсов 7, два счетчика импульсов 8,9, один блок управлени  10, один буферный регистр 13, одно наборное поле 14 и одно устройство вывода 15. 6 ил.

Description

00

С

vi о о VI

N О

СО

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано в контрольно-измерительных системах.

Известен тахометрический расходомер жидкости, содержащий первичный преобразователь , имеющий синусоидальный выходной сигнал, усилитель-формирователь, счетчик импульсов, дешифратор, наборное поле, одновибратор, триггер, схему И, индикаторное устройство. Недостатком известного устройства  вл  етс  то, что такой расходомер работает только с датчиком расхода , имеющим синусоидальный выходной сигнал, и измер ет только объемный расход жидкости, не позвол   измер ть количество жидкости и другие параметры расхода.

Известен тахометрический расходомер,  вл ющийс  наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, содержащий первичный преобразователь, соединенный с усилителем-формирователем, триггер, схему И, счетчик импульсов, соединенный с дешифратором , одновибратор, индикатор и блок хранени  коэффициентов преобразовани , отличающийс  тем, что в него введены генератор импульсов, схема задержки, коммутатор и сумматор, при этом усилитель-формирователь соединен со счетным входом триггера, выход которого соединен со входом схемы И, соединенной с генератором импульсов, а дешифратор соединен с сумматором через коммутатор, информационные входы которого соединены с выходами блока хранени  коэффициентов преобразовани , а сумматор соединен с индикатором. Недостатком прототипа  вл етс  то, что он имеет значительную погрешность измерени  расхода из-за режима измерени  одного периода выходного сигнала датчика и не имеет возможности работать с датчиками с аналоговым и импульсным выходными сигналами,

Цель изобретени  - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключаетс  в следующем . Во-первых, это увеличение интервала измерени , (особенно при большой частоте выходного сигнала датчика) путем накоплени  и подсчета числа периодов входного сигнала. Таким образом достигаетс  уменьшение погрешности измерени  расхода. Во-вторых, это разработка новых функциональных блоков расходомера, позвол ющих измер ть аналоговый и импульсный сигналы от соответствующих датчиков расхода, иметь стандартный выходной аналоговый сигнал дл  регистрации параметров расхода на самописце или другом устройстве, а также управл ющий сигнал в

0

5

оборудовании, к которому подключен расходомер. Удаетс  создать расходомер , работающий с любым первичным преобразователем, позвол ющий выдать сигнал на какой-либо регистратор и замкнуть сигнал обратной св зи в оборудование.

При осуществлении данного изобретени  достигаетс  следующий технический результат: повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей . Это доказываетс  следующим.

Приведенна  погрешность измерени  частоты при использовании схемы периодо- мера будет определ тьс  соотношением

Afon , 1

где

д Afon

+ .

(1)

fon П f0 Tx

- нестабильность кварцевого так0

5

0

5

0

5

0

5

тового генератора (пор дка );

-, т - погрешность определени  ин- n TO i х

тервала измерени , св занна  с отсутствием синхронизации между измер емым сигналом и сигналом тактового генератора;

п - количество периодов измер емого сигнала Тх,

Дл  прототипа , дл  расходомера п FX (Рх-частота измер емого сигнала).

Сравнива  погрешность определени  интервала измерени  дл  прототипа и предлагаемого расходомера, можно сделать вывод , что перва  в п раз больше, чем втора . Причем, чем больше измер етс  частота сигнала, тем больше это соотношение (п примерно равно РИзм). Следовательно, аналогичное утверждение можно сделать дл  погрешности измерени  частоты, а затем и расхода жидкости, проход щей через первичный преобразователь.

На фиг. 1 представлена принципиальна  блок-схема предлагаемого расходомера; на фиг. 2-5 - алгоритм работы блока управлени  расходомера; на фиг. 6 - временна  диаграмма.

Расходомер содержит 1-3 -первичные преобразователи, имеющие соответственно синусоидальный, импульсный и аналоговый выходные сигналы; 4 - усилитель - формирователь (как в прототипе); 5 - схема ИЛИ; 6 - схема И; 7-генераторимпульсов;8-дополнительный , счетчик импульсов; 9 - счетчик импульсов; 10 - блок управлени ; 11 - дешифратор; 12 - индикатор; 13 - буферный регистр; 14 - наборное поле - представл ет собой группу коммутационных элементов (например, типа ПКН - 150-1), предназначенных дл  задани  логических уровней (нул  и единицы) на входе буферного регистра; 15-устройство вывода, которое может быть

подключено к внешнему устройству, регистрирующему поступающую на расходомер информацию либо к схеме управлени  оборудованием , к которому подключен расходомер .

Устройство вывода 15 может быть 2-х модификаций: интерфейс последовательной св зи токова  петл  ; цифровой аналоговый преобразователь; 16 - аналого-цифровой преобразователь.

Генератор импульсов 7, схема И 6, два счетчика импульсов 8,9 и блок управлени  10 могут быть выполнены в одном блоке в виде однокристальной ЭВМ (ОЭВМ), котора  функционирует по разработанному ал- горитму (см.фиг.2), реализованному в блоке управлени  10. В предлагаемом расходомере последовательно соединены первичный преобразователь 1, усилитель-формирователь 4, схема ИЛИ 5. схема И 6 и первый счетчик импульсов 9, выходы которого соединены через блок управлени  10 и дешифратор 11с индикатором 12. Генератор импульсов 7 соединен со входом схемы И 6. Выход первичного преобразовател  2 через схему ИЛИ 5 соединен со счетным входом счетчика импульсов 8, выходы которого соединены со вторыми входами блока управлени  10. Первичный преобразователь 3 соединен с аналого-цифровым преобразо- вателем 16, выходы которого соединены с третьими входами блока управлени  10. Выходы наборного пол  14 соединены через буферный регистр 13 с четвертыми входами блока управлени , втора  группа выходов которого соединена с устройством вывода 15. Первый, второй, третий, четвертый и п тый выходы блока управлени  10 соединены соответственно со входами схемы И 6, входами запуска счетчиков импульсов 8 и 9, аналого-цифрового преобразовател  16 и входом буферного регистра 13. Выход устройства вывода 15 соединен со входом блока управлени  10.

Предлагаемый расходомер работает следующим образом.

Сигналы с первичного преобразовател  1 по 2-м каналам усиливаютс  и преобразуютс  в усилителе-преобразователе 4 и поступают на входы схемы ИЛИ 5. Сигналы от первичного преобразовател  2 по 2-м каналам также поступают на схему ИЛИ 5. Одновременно может быть подключен один из первичных преобразователей,- поэтому на выходе схемы ИЛИ 5 формируетс  импуль- сный сигнал (уровень ТТЛ), который поступает на схему И 6, на вход (второй) которой поступают тактовые импульсы от генератора импульсов 1. Блок управлени  10, алгоритм работы которого показан на фиг. 2,

формирует интервал времени измерени  по сигналам, поступающим со схемы ИЛИ 5 через счетчики импульсов 1 и 2. Формирование интервала измерени  и счет происход т следующим образом (см.фиг.6). Задний фронт импульса со схемы ИЛИ 5 означает начало интервала измерени  и по этому сигналу счетчики импульсов 1 и 2 запускаютс  на счет блоком управлени  10, причем счетчик импульсов 1 ведет подсчет тактовых импульсов кварцевого генератора импульсов 7, а счетчик импульсов 2 считает импульсы сигнала от датчика. При достижении интервала измерени , равного 1 с, счетчик импульсов 1 выдает сигнал в блок управлени  10. Блок управлени  ожидает очередной импульс со счетчика импульсов 2 и по его заднему фронту формирует сигнал окончани  интервала измерени , которым останавливает счет в обоих счетчиках импульсов 1,2. Таким образом, интервал измерени   вл етс  переменной величиной и измен етс  в пределах 1...2 с при минимальной частоте выходного сигнала первичного преобразовател  1 Гц. После окончани  интервала измерени  блок управлени  10 считывает информацию с обоих датчиков импульсов 1 и 2 и определ ет частоту выходного сигнала первичного преобразовател  по следующему соотношению

F - П - П -П РтГ91

FM3M M TTW-NT 1(2 где п - количество импульсов первичного преобразовател  за интервал измерени ;

Т, FT - соответственно период и частота сигналов тактового генератора;

NT - количество тактовых импульсов за интервал измерени .

После определени  частоты блок управлени  10 определ ет расход по соотношению

Q Кпр Ризм,(3)

где Q - расход жидкости в л/с;

КПр коэффициент преобразовани  первичного преобразовател  в литрах/импульс .

Далее блок управлени  10 через дешифратор 11 выводит информацию о расходе и единицах измерени  на индикатор 12.

Расход также может измер тьс  в л/мин.

Q Кпр Г-изм 60 .(4)

Коэффициент преобразовани  задаетс  в литрах на импульс кнопками наборного пол  14, выходные сигналы которого поступают через буферный регистр 13 в блок управлени  10.

При подключении к прибору первичного преобразовател  3, аналоговый выходной

сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 16. После преобразовани  в цифровую форму сигнал считываетс  блоком управлени  10 и преобразуетс  в расход по следующую соотношению

Q К U,(5) где К- коэффициент тарировки первичного преобразовател ;

U - напр жение выходного сигнала первичного преобразовател .

Аналогично описанному выше информаци  о расходе выдаетс  на индикатор 12. Также информаци  о расходе (или другой измер емой величине) выдаетс  с блока управлени  10 на устройство вывода 15, которое может быть подключено к ВУ, в частности к ПЭВМ дл  регистрации данных, либо к схеме управлени  дл  управлени  оборудовани , к которому подсоединен прибор КРК.

Режим измерени  количества жидкости реализуетс  в приборе КРК следующим образом . Импульсный сигнал с выхода схемы ИЛИ 5 поступает на счетчик импульсов 8, а блок управлени  10 разрешает ему счет при поступлении соответствующего сигнала с наборного пол  .14 (каждый режим имеет свою кнопку в наборном поле). Тактовые импульсы с генератора импульсов 7 через схему И 6, котора  открываетс  сигналом с блока управлени  10 на врем  измерени , поступают на счетчик импульсов 1. Через каждую секунду счетчик импульсов 9 выдает сигнал в блок управлени  10, который сразу же сбрасывает и перезапускает его и считывает данные из счетчика импульсов 2, Считанное количество импульсов блок управлени  10 умножает на коэффициент преобразовани  и определ ет количество жидкости: q КПр п в литрах, прошедшие через первичный преобразователь за эту секунду . Складываетс  это значение с накопленным ранее количеством жидкости, блок управлени  10 получает суммарное количество жидкости и выдает цифровой сигнал через дешифратор 11 на индикатор 12 и в устройство вывода 15. Процесс измерени  количества жидкости прекращаетс  при нажатии кнопки этого режима на наборном поле 14, после блок управлени  10 останавливает счетчик импульсов 2 и фиксирует Последние показани  на индикаторе 12. Режим измерени  разности количества жидкости реализуетс  аналогично предыдущему , причем задействуетс  второй сигнал от первичного преобразовател , временной сдвиг которого по отношению к первому сигналу несет информацию о направлении движени  жидкости через реверсивный первичный преобразователь 1 или 2. Блок

управлени  10 опрашивает сигнал второго канала при поступлении каждого импульса на счетчик импульсов 2, который имеет также 2 канала. При временном сдвиге +90°

между первым и вторым сигналом направление движени  жидкости совпадает с направлением , указанным на датчике, при сдвиге - 90° - направление противоположно . Режим измерени  разности расхода или

0 количества жидкости по двум каналам реализуетс  подобно описанным выше режимам за исключением того, что блок управлени  запускает, останавливает и считывает данные по двум каналам счетчика им5 пульсов 2, на входы которых поступают сигналы от первичных преобразователей через соответствующие блоки. При использовании вместо первичного преобразовател  расхода 3 датчика температуры или давле0 ни  с аналоговым выходом и введением соответствующих изменений в наборное поле, индикатор и алгоритм функционированного блока управлени , прибор КРК может быть использован совместно с соответствующи5 ми датчиками дл  измерени  и индикации температуры или давлени . Также при соответствующих изменени х алгоритма работы блока управлени  10 и подключении датчика температуры возможно увеличение точ0 ности измерени  расхода при коррекции значений расхода в зависимости от температуры , информаци  о которой будет поступать в блок управлени  с преобразовател  температуры через АЦП. По сравнению с

5 прототипом предлагаема  схема расходомера позвол ет расширить функциональные возможности: измер ть еще количество жидкости, разность количества жидкости при изменении направлени  движени  (при

0 реверсе), а также разность количества жидкости и расхода по двум каналам. Возможность определени  этих нескольких параметров позвол ет совместить в одном приборе функции нескольких диагностиче5 ских приборов, что значительно снижает затраты на изготовление нескольких диагностических приборов и снижаеттрудо- емкость работ при диагностике. Кроме того, предлагаема  схема расходомера позвол 0 ет работать с первичными преобразовател ми (датчиками), имеющими не только синусоидальный, но и импульсный и аналоговый выходные сигналы, а также позвол ет производить контроль выходного сигнала

5 датчика, оценива  его работоспособность. При использовании в качестве первичного преобразовател , имеющего аналоговый выходной сигнал, датчика давлени  или температуры при незначительных изменени х индикатора, наборного пол  и алгоритма работы блока управлени  в предлагаемом расходомере по вл етс  возможность измер ть также давление или температуру жидкости и проводить измерение расхода и количества жидкости с коррекцией по температуре . Таким образом расходомер может выполн ть функции универсального измерительного прибора дл  гидрооборудовани . Использование предлагаемого расходомера позволит повысить точность измерений расхода жидкости из-за режима измерени  большого количества периодов выходного сигнала первичного преобразовател , а также режима измерени  расхода с коррекцией по температуре. Это дает возможность повысить уровень и скорость диФормула изобретени 

Расходомер, содержащий последовательно соединенные первый первичный преобразователь и усилитель-формирователь , последовательно соединенные генератор импульсов и схему И, первый счетчик импульсов, дешифратор и индикатор,о т л и- чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и расширени  функциональных возможностей, в него введены по- следовательно соединенные второй первичный преобразователь, схема ИЛИ и второй счетчик импульсов, последовательно соединенные третий первичный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь , последовательно соединенные наборное поле, буферный регистр, блок управлени  и устройство вывода, при этом перва , втора , треть  и четверта  группы входов блока управлени  соединены соотагностировани  гидросистем и добитьс  сходимости материального баланса технологических установок и отдельных узлов, что снизит материальные затраты на технолргических лини х предпри ти . При использовании за вл емого расходомера с устройством св зи (вывода) с внешним устройством (ПЭВМ, самописец) эконом тс  затраты на разработку и изготовление соответствующего блока сопр жени . А при использовании расходомера, имеющего выход управлени  (устройство вывода), он может выполн ть функции управлени  в технологическом процессе, что экономит

материальные затраты на приобретение и установку специального оборудовани .

ветственно с группами выходов первого и второго счетчиков импульсов, аналого-циф- рового преобразовател  и буферного регистра , перва  и втора  группы выходов блока управлени  соединены соответственно с группами входов устройства вывода и дешифратора , подключенного выходами к входам индикатора, первый, второй, третий, четвертый и п тый выходы блока управлени  подключены соответственно к входу буферного регистра, входу запуска аналого-цифрового преобразовател , входам запусков первого и второго счетчиков импульсов и к второму входу схемы И, соединенной третьим входом с выходом схемы ИЛИ, а выходом подключенной к тактовому входу первого счетчика импульсов, вход блока управлени  соединен с выходом устройства вывода, а выход усилител -формировател  соединен с вторым входом схемы ИЛИ.

(Воздрат на N прерь10аше J

Фиг.З