RU2111459C1

RU2111459C1 - Method for measuring liquid and gaseous media from flow rate and device for its embodiment

Info

Publication number: RU2111459C1
Application number: RU94038133A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Наговицын; А.Н. Сутулов
Original assignee: Наговицын Александр Леонидович
Priority date: 1994-10-10
Filing date: 1994-10-10
Publication date: 1998-05-20
Also published as: RU94038133A

Abstract

FIELD: chemical industry; public utilities. SUBSTANCE: flow of medium being measured is passed through measuring section of pipeline, mark in the form of abnormal zone is formed continuously at section input and is recorded at section output. When signal indicating the recording of mark origin appears at output, this signal is supplied to mark former input. Mark formation at input is stopped by this signal till signal indicating the recording of mark end develops at section output. Then mark is formed again, and medium flow rate is determined by mark repetition frequency. device intended for method realization has measuring section of pipeline with mark former positioned at its input. Frequency synthesizer is installed upstream from mark former, and its output is connected to one input of comparator. Output of recording pickup positioned at measuring section output is connected to second input of comparator. Comparator output is connected to mark former input and to input of measuring circuit which consists of series-connected frequency divider and pulse number counter. EFFECT: higher measurement results. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретения относятся к средствам измерения расхода жидкостей и газов с использованием меток внутри текучей среды и могут использоваться в коммунальном хозяйстве, при эксплуатации автомобилей, в химической промышленности и т.п. The invention relates to means for measuring the flow of liquids and gases using labels inside the fluid and can be used in utilities, automobiles, the chemical industry, etc.

Известен способ [1], который заключается в том, что на входе измеряемого потока создают тепловую неоднородность с помощью нагревателя, измеряют температуру потока в двух точках в конце измерительного участка, сравнивают замеренную температуру с заданным постоянным фиксированным уровнем и при условии, что замеренная температура ниже заданной, вырабатывают сигнал, по которому снова включают нагреватель, при этом в качестве меры измеряемого расхода подвергают обработке зарегистрированную электрическую мощность, переданную нагревателю. The known method [1], which consists in the fact that at the input of the measured flow create thermal inhomogeneity using a heater, measure the temperature of the flow at two points at the end of the measuring section, compare the measured temperature with a given constant fixed level and provided that the measured temperature is lower predetermined, a signal is generated by which the heater is turned on again, while the registered electric power transmitted to the heater is processed as a measure of the measured flow rate.

Известное устройство для осуществления известного способа содержит электронагреваемый элемент и измеритель температуры, вырабатывающий сигнал в зависимости от температуры. A known device for implementing the known method contains an electrically heated element and a temperature meter that generates a signal depending on the temperature.

Недостатками известного метода и устройства являются наличие погрешности измерений за счет отличий физических характеристик измеряемых сред и сложность определения зависимости расхода от требующейся мощности нагрева для различных сред. The disadvantages of the known method and device are the presence of measurement errors due to differences in the physical characteristics of the measured media and the difficulty of determining the dependence of the flow rate on the required heating power for different environments.

Наиболее близкими к заявляемым по технической сущности являются способ и устройство измерения расхода, описанные в [2]. Closest to the claimed technical essence are the method and device for measuring flow described in [2].

Известный способ заключается в том, что поток измеряемой среды пропускают через измерительный участок трубопровода, формируют на входе участка метку в виде аномальной тепловой области, регистрируют ее на выходе с помощью низкоскоростного или высокоскоростного чувствительных элементов, измеряют период времени от момента нагрева потока до поступления метки, повторно формируют метку после периода времени, равного времени измерения, начиная с момента поступления метки с выхода участка, и определяют расход потока в соответствии с периодом запуска нагревателя и поступлением метки, при этом сравнивают период времени измерения с длительностью эталонного сигнала и по результатам сравнения выбирают сигнал с низкоскоростного чувствительного элемента, если его величина больше величины сигнала с высокоскоростного чувствительного элемента. The known method consists in the fact that the flow of the measured medium is passed through the measuring section of the pipeline, a mark is formed at the inlet of the section in the form of an anomalous thermal region, it is recorded at the output using low-speed or high-speed sensitive elements, the time period from the moment the stream is heated until the mark arrives is measured, re-form the label after a period of time equal to the measurement time, starting from the moment the label was received from the output of the section, and determine the flow rate in accordance with the period run the heater and entering the label, and the measuring time period are compared with a reference signal duration, and by comparing the selected signal with a low rate sensing element, if its value is greater than the signal from the sensor element high.

Недостаток известного способа заключается в сложности регистрации метки, т. к. метка представляет собой как бы короткий импульс колоколообразной или трапецеидальной формой и из-за турбулентности потока измеряемой среды этот импульс приходит на датчик и регистратор еще более размытый, что затрудняет точное определение временной задержки, являющейся мерой расхода между формированием импульса и моментом его регистрации. Это и вызывает усложнение устройства, реализующего данный способ. The disadvantage of this method is the difficulty of registering the label, because the label is like a short pulse with a bell-shaped or trapezoidal shape and due to the turbulence of the measured medium flow, this pulse comes to the sensor and the recorder is even more blurry, which makes it difficult to accurately determine the time delay, which is a measure of the flow rate between the formation of the pulse and the moment of its registration. This causes the complexity of the device that implements this method.

Известное устройство содержит измерительный трубопровод, на входе которого установлен формирователь метки в виде нагревателя, а на выходе установлены низкоскоростной и высокоскоростной термочувствительные элементы, соединенные соответственно с первым и вторым регистраторами, которые соединены с переключателем, блок задания времени для измерения периода времени от момента нагрева потока до поступления выходного сигнала переключателя и повторного запуска нагревателя, блок сравнения периода времени с блока задания и длительности эталонного сигнала и управления переключением и счетно-решающую схему, подсчитывающую расход потока в соответствии с периодом запуска нагревателя блоком задания времени и состоянием переключателя. The known device contains a measuring pipeline, at the input of which a label former is installed in the form of a heater, and at the output there are low-speed and high-speed thermosensitive elements connected respectively to the first and second recorders, which are connected to the switch, a time setting unit for measuring the time period from the moment of heating the stream before the output of the switch and the restart of the heater, the unit for comparing the time period from the unit of reference and the duration of this lonnogo signal and the switching control and computing a decision circuit that counts the flow rate in accordance with the period start time of the heater unit and the task state selector.

Недостатком известных технических решений является их сложность, обусловленная причинами, указанными выше. A disadvantage of the known technical solutions is their complexity, due to the reasons mentioned above.

Целью заявляемых способа измерения расхода жидких и газообразных сред и устройства для его осуществления является упрощение средств измерения. The purpose of the proposed method for measuring the flow rate of liquid and gaseous media and a device for its implementation is to simplify the measurement tools.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения расхода жидких и газообразных сред, заключающемся в том, что поток измеряемой среды пропускают через измерительный участок трубопровода, формируют на входе участка метку в виде аномальной области, регистрируют ее на выходе участка, подают сигнал регистрации на вход формирователя метки и определяют расход среды по частоте следования метки, согласно изобретению метку на входе измерительного участка формируют непрерывно до момента появления сигнала регистрации ее начала на выходе и по этому сигналу, подаваемому на вход формирователя, формирование метки прекращают до момента появления сигнала регистрации конца метки на выходе участка и лишь затем формируют ее снова - в устройстве для осуществления способа измерения расхода жидких и газообразных сред, содержащем измерительный участок трубопровода, на входе которого установлен формирователь метки, а на выходе - датчик регистрации, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения, и схему измерения расхода, согласно изобретению перед формирователем метки на входе измерительного участка установлен опорный датчик, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, представляющего собой компаратор, выход которого подключен к входу формирователя метки и к входу схемы измерения расхода, состоящей из последовательно соединенных делителя частоты и счетчика числа импульсов. This goal is achieved by the fact that in the method of measuring the flow rate of liquid and gaseous media, namely, that the flow of the measured medium is passed through the measuring section of the pipeline, a mark is formed at the inlet of the section in the form of an anomalous region, it is registered at the output of the section, a registration signal is input the shaper of the mark and determine the flow rate of the medium according to the frequency of the mark, according to the invention, the mark at the input of the measuring section is formed continuously until the signal of registration of its beginning to exit e and by this signal supplied to the input of the shaper, the formation of the mark is stopped until the signal for registering the end of the mark at the output of the section appears and only then it is formed again in the device for implementing the method for measuring the flow rate of liquid and gaseous media containing a measuring section of the pipeline at the input which is equipped with a label former, and at the output, a registration sensor, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit, and a flow measurement circuit, according to the invention, in front of the label former at the input of the measuring section, a reference sensor is installed, the output of which is connected to the second input of the comparison unit, which is a comparator, the output of which is connected to the input of the label former and to the input of the flow measurement circuit, consisting of a frequency divider and a pulse number counter connected in series.

Непрерывное формирование метки до момента регистрации ее начала на выходе измерительного участка, прекращение ее формирования по этому сигналу (сигналу обратной связи) с выхода датчика регистрации до момента регистрации конца метки и последующее формирование метки снова по сигналу обратной связи регистрации конца метки позволяет обеспечить как бы автоматическую генерацию метки с периодом следования в 2 раза больше, чем у известного способа, и не требует точно знать форму импульса и определять по максимуму сигнала момент регистрации, как в известном способе. The continuous formation of the mark until the registration of its beginning at the output of the measuring section, the termination of its formation by this signal (feedback signal) from the output of the registration sensor until the registration of the end of the mark and the subsequent formation of the mark again by the feedback signal of registration of the end of the mark allows automatic the generation of a tag with a repetition period of 2 times more than that of the known method, and does not require accurate knowledge of the pulse shape and determine from the maximum signal the moment of registration, to to the known method.

В заявляемом способе период следования метки эквивалентен удвоенной длине измерительного участка и не связан с моментом формирования или регистрации метки, т.к. последнее влияет только на скважность генерируемого процесса, но не на частоту, что позволяет упростить процедуру измерения и устройство для его осуществления. In the claimed method, the period of the mark is equivalent to twice the length of the measuring section and is not associated with the moment of formation or registration of the mark, because the latter affects only the duty cycle of the generated process, but not the frequency, which allows to simplify the measurement procedure and the device for its implementation.

Наличие в заявляемом устройстве опорного датчика, установленного перед формирователем метки, и выполнение блока сравнения в виде компаратора, на который подается сигнал обратной связи с датчика регистрации, при подключении формирователя метки к выходу компаратора, позволяет формировать метку длиной, равной длине измерительного участка, и удвоить период ее следования, который легко может быть замерен с помощью схемы измерения, состоящей из делителя частоты и счетчика импульсов. The presence in the inventive device of a reference sensor installed in front of the label former, and the execution of the comparison unit in the form of a comparator, to which a feedback signal from the registration sensor is supplied, when the label former is connected to the output of the comparator, it allows to form a label with a length equal to the length of the measuring section, and double the period it follows, which can easily be measured using a measurement circuit consisting of a frequency divider and a pulse counter.

В сравнении с прототипом заявляемые технические решения обладают новизной, отличаясь от него:
- в способе - непрерывным формированием метки до момента регистрации ее начала на выходе и прекращением формирования ее по этому сигналу и последующим формированием метки по сигналу регистрации ее конца на выходе участка;
- в устройстве - установкой перед формированием опорного датчика и наличием компаратора, на входы которого заведены сигналы от опорного датчика и сигнал обратной связи с выхода датчика регистрации, и выполнением измерительной схемы из последовательно соединенных делителя частоты и счетчика импульсов.In comparison with the prototype, the claimed technical solutions have novelty, differing from it:
- in the method — by continuously forming a mark until the moment of registration of its beginning at the exit and terminating its formation by this signal and subsequent formation of a mark by the signal of registration of its end at the exit of the section;
- in the device, by installing before forming the reference sensor and the presence of a comparator, the inputs of which are connected to signals from the reference sensor and a feedback signal from the output of the registration sensor, and performing a measuring circuit from a series-connected frequency divider and pulse counter.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие совокупностью названных выше существенных признаков, дающих указанный эффект, поэтому он считает, что заявляемые способ и устройство соответствуют критерию "технический уровень". The applicant is not aware of technical solutions possessing the combination of the essential features mentioned above that give the indicated effect, therefore he considers that the claimed method and device meet the criterion of "technical level".

Заявляемые способ и устройство могут широко применяться как средства измерения расхода в коммунальном хозяйстве, в химической промышленности и т. п. и поэтому соответствуют критерию "промышленная применимость". The inventive method and device can be widely used as a means of measuring consumption in the utilities sector, in the chemical industry, etc., and therefore meet the criterion of "industrial applicability".

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 представлен схематично процесс прохождения метки по измерительному участку. Figure 1 shows a schematic diagram of a device; in FIG. Figure 2 shows schematically the process of passing the mark along the measuring section.

Заявляемый способ измерения расхода жидких и газообразных сред заключается в следующем. The inventive method of measuring the flow rate of liquid and gaseous media is as follows.

Поток измеряемой среды пропускают через измерительный участок трубопровода, непрерывно формируют на входе участка метку в виде аномальной, например, тепловой области, регистрируют ее на выходе участка и при появлении сигнала регистрации ее начала на выходе подают этот сигнал на вход формирователя метки и по нему прекращают формирование метки до момента появления сигнала регистрации ее конца на выходе участка и лишь затем формируют ее непрерывно снова до новой регистрации начала метки и определяют расход среды по частоте следования метки. The flow of the medium to be measured is passed through the measuring section of the pipeline, a mark is continuously formed at the input of the section in the form of an anomalous, for example, thermal region, it is recorded at the output of the section, and when a signal is detected registering its beginning at the output, this signal is fed to the input of the label shaper and it stops forming mark until the appearance of a signal to register its end at the output of the section and only then form it continuously again until a new registration of the beginning of the mark and determine the flow rate by the frequency of repetition of met ki.

Заявляемое устройство для осуществления способа измерения расхода жидких и газообразных сред содержит измерительный участок трубопровода, на входе которого установлен формирователь метки, например нагреватель, а перед ним опорный датчик, выход которого подключен к одному входу компаратора, ко второму входу которого подсоединен выход датчика регистрации, установленного на выходе измерительного участка трубопровода, выход компаратора подключен к входу формирователя метки и к входу схемы измерения расхода, состоящей из последовательно соединенных делителя частоты и счетчика числа импульса. The inventive device for implementing a method for measuring the flow rate of liquid and gaseous media contains a measuring section of the pipeline, at the input of which there is a label former, for example a heater, and in front of it a reference sensor, the output of which is connected to one input of the comparator, to the second input of which the output of the registration sensor installed at the output of the measuring section of the pipeline, the output of the comparator is connected to the input of the label former and to the input of the flow measurement circuit, consisting of o connected frequency divider and pulse counter.

Конструктивно устройство выполнено следующим образом. Structurally, the device is as follows.

На входе измерительного участка 1 установлен формирователь 2 метки, представляющий собой, например, инфракрасный излучающий диод АЛ148, на выходе - датчик 3 регистрации - измеритель температуры, выполненный на микротранзисторе КТ625. Перед формирователем 2 метки установлен опорный датчик 4 - измеритель температуры на микротранзисторе КТ625. Выход опорного датчика 4 соединен с первым входом компаратора 5, второй вход которого соединен с выходом датчика 3 регистрации. At the input of the measuring section 1, a label former 2 is installed, which is, for example, an AL148 infrared emitting diode, and at the output, a recording sensor 3 — a temperature meter made on a KT625 microtransistor. In front of the shaper 2 tags installed reference sensor 4 - a temperature meter on the microtransistor KT625. The output of the reference sensor 4 is connected to the first input of the comparator 5, the second input of which is connected to the output of the registration sensor 3.

Компаратор 5 выполнен на микросхеме 544СА3 с эмиттерным повторителем на транзисторе КТ817, его выход соединен со схемой измерения, состоящей из последовательно соединенных делителя 6 частоты и счетчика 7 числа импульсов, и формирователем метки 2. The comparator 5 is made on a 544CA3 chip with an emitter follower on the KT817 transistor, its output is connected to a measurement circuit consisting of a frequency divider 6 and a counter 7 of the number of pulses connected in series, and a label former 2.

Делитель 6 частоты выполнен на микросхемах 561ИЕ16, счетчик 7 числа импульсов - электромеханического типа. The frequency divider 6 is made on 561IE16 microcircuits, the counter 7 of the number of pulses is of an electromechanical type.

Способ измерения расхода жидких и газообразных сред осуществляется с помощью описанного выше устройства следующим образом. The method of measuring the flow rate of liquid and gaseous media is carried out using the device described above as follows.

Среда, расход которой измеряется, подается на измерительный участок 1 трубопровода. При этом опорным датчиком 4 замеряется ее температура и подается на 1 вход компаратора 5. В это время на выходе датчика 3 регистрации сигнал такой же, как и на опорном датчике 4, т.к. температура среды та же. Компаратор отбалансирован таким образом, что на выходе его сигнал "логическая единица". Формирователь 2 метки нагревает измеряемую среду, создавая температурную аномалию, которая продвигается к выходу измерительного участка 1. При появлении начала метки на выходе датчик 3 регистрации отмечает увеличение температуры, что приводит к разнице сигналов на входе компаратора 5. На выходе компаратора 5 появляется сигнал "логический нуль", который поступает на вход формирования 2 метки и прекращает ее формирование, т. е. нагрев среды до того момента, когда через датчик 3 регистрации пройдет конец метки, и температура не установится равной исходной. При этом сигнал на компараторе становится равным и на выходе компаратора появляется сигнал "логическая единица", снова разрешающий включение формирователя 2 метки, т. е. нагревателя. The medium, the flow rate of which is measured, is supplied to the measuring section 1 of the pipeline. In this case, the reference sensor 4 measures its temperature and feeds it to 1 input of the comparator 5. At this time, the output signal from the registration sensor 3 is the same as that of the reference sensor 4, because the temperature of the medium is the same. The comparator is balanced in such a way that its output is a logic unit. Shaper 2 labels heats the measured medium, creating a temperature anomaly, which advances to the output of the measuring section 1. When the start of the label at the output, the registration sensor 3 notes a temperature increase, which leads to a difference in the signals at the input of the comparator 5. At the output of the comparator 5, the signal "logical zero ", which goes to the input of the formation of 2 tags and stops its formation, that is, the heating of the medium until the end of the tag passes through the registration sensor 3 and the temperature is not set equal to th original. In this case, the signal on the comparator becomes equal and the signal "logical unit" appears at the output of the comparator, again allowing the inclusion of the shaper 2 labels, ie, the heater.

Сигналы с выхода компаратора 5 поступают на вход делителя частоты, коэффициент деления которого равен принятым единицам объема, например литрам, деленным на удвоенный объем измерительного участка трубопровода. Сигнал с выхода делителя 6 поступает на вход счетчика 7 импульсов, градуированного в единицах объема, например в литрах, по формуле 2•f•Vизм = Vрасх/сек, где f - частота следования метки, V - объем. The signals from the output of the comparator 5 are fed to the input of the frequency divider, the division coefficient of which is equal to the accepted units of volume, for example, liters divided by twice the volume of the measuring section of the pipeline. The signal from the output of the divider 6 is fed to the input of the counter 7 pulses, graduated in units of volume, for example in liters, according to the formula 2 • f • Vmeas = Vexp / sec, where f is the label repetition rate, V is the volume.

В сравнении с прототипом заявляемые способ и устройство более просты в осуществлении. In comparison with the prototype of the inventive method and device are simpler to implement.

Claims

1. The method of measuring the flow rate of liquid and gaseous media, which consists in the fact that the flow of the medium to be measured is passed through the measuring section of the pipeline, a mark is formed at the inlet of the section in the form of an anomalous winding, it is registered at the outlet of the section, a registration signal is applied to the label formation input and the flow is determined medium according to the frequency of the marks, characterized in that the mark at the input of the measuring section is formed continuously until the signal of registration of the beginning of the mark at the output of the section and is formed continuously ova after the appearance of a signal to register the end of the label at the output of the section.

2. A device for measuring the flow rate of liquid and gaseous media, containing a measuring section of the pipeline, at the input of which a label former is installed, and at the output, a registration sensor, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit, and a flow measurement circuit, characterized in that in front of the former a reference sensor is installed at the input of the measuring section, the output of which is connected to the second input of the comparison unit, which is a comparator, the output of which is connected to the input of the label former and to the input Measuring flow rate, consisting of a series-connected frequency divider and a counter of the number of pulses.