RU1795292C - Вибрационный преобразователь расхода - Google Patents

Abstract

Использование: дл  измерени  расхода жидкостей и сжатых газов при ведении коммерческих расчетов, а также в системах автоматического управлени  технологическими процессами. Сущность изобретени : устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждени  колебаний и два узла 3, 4 съема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний , два блока 6, 7 формировани  сигнала , генератор 8 тактовых импульсов, счетчик 9 импульсов, инвертор 10, RC-триг- гер 11, переключатель 12, временной интегратор 13. электромагнитный ключ 14, RC-фильтр 15, преобразователь 16 напр жение-частота , блок 17 компенсации температуры и датчик 18 температуры, 4-7-13-14-15-16,3-6-13.8-9-11,10-11,3- 6-5-2, 18-17-16, 7-9. 2 ил.

Description

/

ю ел

го ю

N3

.1

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано дл  измерени  массового расхода жидкостей и сжатых газов при ведении коммерческих расчетов, а также в системах автоматиче- ского управлени  технологическими процессами .

Известен вибрационный массовый расходомер , содержащий чувствительный элемент в виде укрепленном в потоке на упругом подвесе вибрирующего полого тела , узел возбуждени  колебаний, датчик скорости вибрации чувствительного элемента (адаптер), усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , включенного между адаптером и узлом возбуждени  колебаний, подключенный к адаптеру преобразователь частоты вибрации с чувствительного элемента и блок автоматического регулировани  и управлени  (АРУ), подключенный к адаптеру и усилителю, причем к преобразователю частоты вибрации чувствительного элемента подключен преобразователь напр жени  в частоту, снаб

женный корректорами нул  и крутизны

преобразовани , а к выходу блока АРУ подсоединен преобразователь напр жени  в частоту, снабженный корректорами нул  и крутизны преобразовани ; при этом поперечное сечение чувствительного элемента выполнено эллиптическим или пр моугольным , а упругий подвес снабжен ребрами жесткости..

Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность, обусловленна  низ- кой добротностью резонатора - упругого патрубка и вли нием внешней вибрации на метрологические характеристики данного устройства из-за консольного расположени  центра т жести резонатора относитель- но места его креплени  к корпусу,

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный на закрепленных в корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждени  колебаний, первым и вторым узлом съема сигнал а и электронный преобразователь, состо щий из блока стабилизации амплитуды колебаний , первый выход которого соединен с узлом возбуждени  колебаний, первого блока формировани  сигнала, вход которого сое- динен с первым узлом съема сигнала, а первый выход с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формировани  сигнала, вход которого соединен со вторым узлом съема сигнала, временного

5 0

5

0

5 0

5 0 5

интегратора, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго блоков формировани  сигнала соответственно , выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру, и первому входу преобразовател  напр жение-частота , выход которого  вл етс  выходом устройства , второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а вход блока компенсации температуры подключен к датчику температуры.

Недостатком обоих устройств  вл етс  невозможность корректировки крутизны преобразовани  расходомера без подачи эталонного расхода через датчик расходомера , что в 2 и более раз снижает точность измерени  расхода и приводит к необходимости уменьшени  межповерочного интервала .

Цель изобретени  - повышение точности измерени  расхода при увеличении межповерочного интервала.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известный вибрационный преобразователь расхода,содержащий первичный преобразователь , выполненный на закрепленных в корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждени  колебаний, первым и вторым узлами сьема сигнала и электронный преобразователь, состо щий из блока стабилизации амплитуды колебаний , первый выход которого соединен с узлом возбуждени  колебаний, первого блока формировани  сигнала, вход которого соединен с первым узлом съема сигнала, а первый выход - с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формировани  сигнала, вход которого соединен со вторым узлом съема сигнала, временного интегратора, первый вход которого соединен с выходом первого блока формировани  сигнала, причем выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру и преобразователю напр жение-частота, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а выход  вл етс  выходом устройства, вход блока компенсациитемпературы подключен к датчику температуры, в электронный преобразователь дополнительно введены генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, RS- триггер, инвертор и переключатель, причем тактируемый вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго блока формировани  сигнала соединен с входом инвертора , разрешающим входом счетчика

импульсов и через замкнутый контакт переключател  со вторым входом временного интегратора, а выход счетчика импульсов соединен с его входом сброса и с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу инвертора, выход RS-триггера через нормально разомкнутый контакт переключател  св зан со вторым входом временного интегратора.

На фиг. 1 изображена функциональна  Схема устройства; на фиг. 2 - циклограмма, по сн юща  его работу.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит первичный преобразователь 1, включающий в себ  узел возбуждени  колебаний 2 и узлы съема сигнала 3 и 4, блок стабилизации амплитуды колебаний 5, блоки формировани  сигнала 6, 7, генератор тактовых импульсов 8, счетчик импульсов.9, инвертор ТО, RS-триггер 11, переключатель 12, временной интегратор 13, электронный ключ 14, RC-фильтр 15, преобразователь напр жение-частота 16, блок компенсации температуры 17 и датчик температуры 18. Причем узлы съема сигналов 3 и 4 соединены соответственно с входами блоков б и 7, первый выход блока б соединен с входом блока 5, а его выход с узлом возбуждени  колебаний 2. Выход блока 6 соединен со вторым входом временного интегратора 13, а выход блока 7 соединен с входом инвертора 10, разрешающим входом счетчика импульсов 9 и через нормально замкнутый контакт переключател  12с первым входом временного интегратора 13, тактируемый вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов 8. Выход счетчика импульсов 9 соединен с его входом сброса и с S-входом RS-триггера 11, а его R-вход подключен к выходу инвертора 10, вы.од RS-триггера через нормально замкнутый контакт переключател  12 св зан с первым входом временного интегратора 13, а его выход подключен к последовательно соединенным электронному ключу 14, RC- фильтру 15 и первому входу преобразовател  напр жение-частота 16, Второй вход преобразовател  16 соединен с выходом блока компенсации температуры 17, а вход блока 17 с датчиком температуры 18. Выход преобразовател  напр жение-частота 16  вл етс  выходом устройства. На фиг. 2 изображены:

19, 20 - сигналы на выходе узлов съема сигнала 3 и 4; 21, 22 - сигналы на выходах блоков нормировани  сигнала 6, 7; 23 - сигнал на выходе инвертора; 24 - логическа  разность сигналов блоков 6, 7; 27 - то же, в режиме градуировка ; 25-сигнал на выходе счетчика импульсов; 26 - сигнал на выходе RS-триггера.

Устройство работает следующим образом .

Узел возбуждени  колебаний 2, узел съема сигнала .3 и блоки 5, 6 образуют контур положительной обратной св зи, возбуж- дающий колебание трубопроводов первичного преобразовател . Выходные

сигналы узлов съема сигнала 3, 4 (соответственно циклограммы 19, 20 на фиг. 2) поступают на вход блоков формировани  сигнала 6, 7, где происходит их сравнение с опорным напр жением Vpn, В результате сравнени  формируютс  промежуточные сигналы (циклограммы 21/22 соответственно ), причем временной сдвиг между сигналами 21,22 представл ет собой сдвиг между колебани ми трубопроводов, пропорцио

нальный измер емому расходу. Сигнал с выхода блока формировани  сигнала 6 поступает на второй вход временного интегратора 13, а с выхода блока формировани  сигнала 7 на разрешающий вход счетчика

импульсов 9, на вход инвертора 10 и на нормально замкнутый контакт переключател  12; при установке переключател  12 в положение 1 (Работа)сигналы 19, 20 передаютс  на временной интегратор 13, где

осуществл етс  логическое вычитание входных сигналов-формирование п и Га (циклограмма 24) и интегрирование полученного результата. По окончании периода (Тп) замыкаетс  электронный ключ 14, подключа 

выход временного интегратора 13 к RC- фильтру 15, где осуществл етс  сглаживание напр жени , пропорционального временному сдвигу (измер емому расходу). Операци  повтор етс  каждый период Тп.

Таким образом, выходное напр жение пропорционально разности длительности импульсов TI и та . При нулевом расходе т и та. С выхода RC- фильтра напр жение подаетс  на первый вход преобразовател 

напр жение-частота 15, осуществл ющий преобразование входного напр жени  в частоту, пропорциональную измер емому расходу. На второй вход с блока компенсации температуры 17 поступает напр жение,

пропорциональное температуре среды в трубопроводах первичного преобразовател . Выход преобразовател  напр жение- частота  вл етс  выходом электронною преобразовател .

При установке переключател  12 в положение II (Градуировка) сигнал с блока 7 поступает на разрешающий вход счетчика импульсов 9. Счетчик импульсов 9 начинает счет импульсов, поступающих с генератора

тактовых импульсов 8. С по влением лог. 1 на выходе счетчика импульсов 9 (циклограмма 25) счетчик импульсов сбрасываетс , на выходе RS-триггера 11 устанавливаетс  лог.1. По окончании импульса (циклограмма 22) на выходе блока 7 на выходе инвертора 10 устанавливаетс  сигнал лог. 1 (циклограмма 23), обнул ющий RS-триггер 11.

Таким образом, длительность импульса с выхода блока 7 укорачиваетс  на величину Гз, пропорциональную коэффициенту делени  (Kg) счетчика импульсов 9 и тактовой частоте (fT) генератора тактовых импульсов 8 (тз тт Kg), при этом напр жение на выходе временного интегратора 13 будет пропорционально разности сигна лов Г| и Ъг (циклограмма 27). Т.к. Ti больше t на посто нную величину Тз на выходе временного интегратора 13 будет напр жение, пропорциональное длительности Гз , а на выходе устройства частота fg Гз,

В этом режиме осуществл етс  корректировка градуировочной характеристики электронного преобразовател .

Вли ние первичного преобразовател  1 на крутизну преобразовани  про вл етс  только при изменении температуры измер емой среды за счет изменени  модул  упругости материала трубопроводов. Это изменение компенсируетс  блоком компенсации температуры 17. При алгоритме обработки сигнала fc блоки, формировани  5 и б не оказывают вли ни  на крутизну преобразовани , т.к. при возможных изменени х амплитуд входных сигналов и опорных напр жений разность Г| и 72 остаетс  посто нной. Основное вли ние на. крутизну преобразовани  оказывает канал преобразовани  сигналов т и ti в напр жение и затем в частоту. Приведенное устройство позвол ет устанавливать коэффициент преобразовани  без подачи эталонного расхода как угодно часто, раз к сутки или, например, при измерении температуры окружающей среды, т.к. не учтенное изменение крутизны преобразовани  может происходить только в электронном преобразователе ..

Эксперименты и анализ конструкции первичных преобразователей показал, что при максимальном расходе временной сдвиг между узлами сьема сигнала 2 и 3 составл ет 200-300 мкс. Изменением ft и Kg устанавливаетс  тз близким к верхнему пределу конкретного первичного преобразовател .

Практически это делаетс  следующим образом. Устанавливаетс  максимальный расход через первичный преобразователь 1,

затем изменением крутизны преобразовани  устанавливаетс  fg, соответствующие максимальному расходу, затем переключатель 12 устанавливаетс  в положение II

(Градуировка)и подстройкой коэффициента делени  счетчика импульсов 9 (грубо) и частоты тактового генератора 8 (плавно) ус- . танавливаетс  frp близкой к максимальной. После этого значение частоты tip записы0 ваетс  в паспорт расходомера, Крутизна преобразовани  расходомера при эксплуатации устанавливаетс  в режиме Градуировка установкой частоты frp, соответствующей паспортному значению на

5 данный комплект расходомера.

Дополнительные элементы в разработанном и испытанном образце выполнены на элементах 561 и 555 серии, в частности: генератор тактовых импульсов (

0 МГц) и инвертор выполнены на К555ЛН1; счетчик импульсов на К555ИЕ7 и К561ИЕ16; RS-триггер на К555ТР2; переключатель - МТДЗ. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение точ5 нрсти измерени  расхода в 2 и более раз и увеличение межповерочного интервала с 1 года до 3-4 лет за счет обеспечени  возможности регул рной подстройки крутизны преобразовани  расходомера без подачи

0 нормирующего расхода.

Claims (1)

1. Формула из обретени  Вибрационный преобразователь расхода , содержащий первичный преобразова- тель, выполненный в виде закрепленных в

   5 корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждени  колебаний и первым и вторыми узлами съема сигнала, электронный преобразователь, состо щий из блока ста0 билизации амплитуды колебаний, первый выход которого соединен с узлом возбуждени  колебаний, первого блока формировани  сигнала, вход которого соединен с первым узлом съема сигнала, а первый

   5 выход - с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формировани  сигнала, вход которого соединен с вторым узлом съема сигнала, временного интегратора, первый вход которого соеди0 йен с выходом первого блока формировани  сигнала, причем выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру и « преобразователю напр жение-частота.,

   5 второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а выход  вл етс  выходом устройства, вход блока компенсации температуры подключен к датчику температуры, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при увеличении межповерочного интервала, в электронный преобразователь дополнительно введены генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, RS-триггер, инвертор и переключатель, причем тактируемый вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго блока формировани  сигнала соединен с входом инвертора, разрешающим входом

   счетчика импульсов и через нормально замкнутый контакт переключател  с вторым входом временного интегратора, а выход счетчика импульсов соединен с его входом сброса и с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу инвертора, выход RS-триггера через нормально разомкнутый контакт переключател  св зан с вторым входом временного интегратора.