SU1702251A1 - Измеритель в зкости жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерени  в зкости жидкости и касаетс  измерителей , обеспечивающих автоматическое измерение в зкости контролируемой жидкой среды. Целью изобретени   вл етс  повышение точности учета вли ни  изменени  скорости шарового зонда в переходном режиме . В измерителе содержитс  дополнительный элемент И, дополнительный счетчик, первый и второй компараторы, первый и второй цифроаналоговые преобразователи ,аналого-цифровой преобразователь, инвертор, сумматор, делитель напр жени , элемент ИЛИ, индикатор и датчик скорости, ось которого кинематически св зана с осью барабана, а электрический выход подключен к первому входу первого компаратора и через инвертор - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразовател  и вторым входом первого компаратора, первый и второй входы и выход дополнительного элемента И соединены с выходом первого компаратора , выходом генератора и счетным входом дополнительного счетчика соответственно , обнул ющий вход дополнительного счетчика соединен с вторым выходом программного реле, обнул ющим входом счетчика и первым входом элемента ИЛИ, а его выходы подключены к входам первого цифроаналсгового преобразовател , второй вход и выход элемента ИЛИ соединены с выходом второго компаратора и обнул ющим входом триггера соответственно, единичный вход триггера соединен с третьим выходом программного реле и первым входом аналого-цифрового преобразовател , второй вход которого подключен к выходу сумматора и первому входу второго компаратора , входы второго цифроаналогового преобразовател  соединены с выходами аналого-цифрового преобразовател . Измеритель имеет более высокие метрологические характеристики и более высокую точность измерени . 2 ил. сл с XI о hO ю СП

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  в зкости жидкости и касаетс  измерителей , обеспечивающих автоматическое измерение в зкости контролируемой жидкой среды.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  путем учета вли ни  изменени  скорости шарового зонда в переходном режиме.

На фиг.1 представлена структурна  схема измерител  в зкости жидкости; на фиг.2 - вариант выполнени  структурной схемы измерител  в зкости.

Измеритель в зкости жидкости (фиг. 1) содержит программное реле 1, определ ющее ритм работы измерител  и выдаюшее Б требуемые моменты напр жени  на три своих выхода, блок 2 взвода, обеспечивающий перемещение шарового зонда в исходную точку траектории движени  перед каждым очередным замером в зкости жидкости, барабан 3, на котором с помощью троса 4 крепитс  шаровой зонд 5 и угол поворота которого пропорционален длине пути, проходимого шаровым зондом 5, воспринимающим воздействие силы в зкого трени  жидкости и выталкивающей силы, датчик 6 скорости, формирующий напр жение, величина которого характеризует текущее значение скорости движени  шарового зонда 5, генератор 7. выдающий пр моугольные импульсы стабильной частоты, первый компаратор 8, управл ющий формированием напр жени , равного по величине текущему значению напр жени  на выходе датчика 6 скорости, второй компаратор 9, определ ющий момент времени окончани  измерени  оцениваемой посто нной времени экспоненты , элемент И 10, управл ющий прохождением импульсов на счетный вход счетчика, дополнительный элемент И 11, управл ющий прохождением импульсов на счетный вход дополнительного счетчика, счетчик 12, суммиру  поступающие на вход импульсы, определ ющий значение оцениваемой посто нной времени экспоненты дополнительный счетчик 13, подсчитывающий число подаваемых на счетный вход им- пульсов и определ ющий тем самым значение напр жени  на онходе датчика 6 скорости, первый цифроаналоговый преобразователь 14, формирующий напр жение, пропорциональное коду дополнитегьного счетчика 13 и тем самым равного напр жению на выходе датчика 6 скорости, второй цифроаналоговый преобразователь 15, формирующий напр жение, пропорциональное значению кода аналого-цифрового преобразовател  16, аналого-цифровой преобразователь 16, в заданный момент времени оценивающий текущее значение напр жени  на выходе сумматора и хран щий полученный код до конца очередного цикла измерени  в зкости, делитель 17 напр жени , снижающий значение подаваемого на вход напр жени  в требуемое число раз, инвертор 18, измен ющий фазу подаваемого нз вход напр жени  на противоположную , сумматор 19, определ ющий разность напр жений на выходах первого цифроаналогового преобразовател  14 и датчика 6 скорости, элемент ИЛИ 20, объедин ющий цепи подачи импульсоз на обнул ющий вход триггера 21, который формирует на собственном выходе импульс разрешающего напр жени , длительность которого идентифицирует оцениваемую посто нную времени экспоненты, индикатор 22, высвечивающий полученный результат измерени .

Устройство работает следующим образом ,

0Подготовка измерител  к работе происходит в то врем , когда программное реле 1 находитс  в первой позиции. При этом кратковременно по вл етс  разрешающее напр жение на втором выходе программного

5 реле 1, Происходит обнуление счетчика 12, дополнительного счетчика 13 и через объедин ющий элемент ИЛИ 20 - тоиггера 21.

После этого начинаетс  следующа  фаза подготовки измерител  к работе, в про0 цессе которой оцениваетс  скорость установившегос  равномерного движени  шарового зонда 5 в процессе его погружени  в жидкость. Программное реле 1 переходит во вторую позицию, в которой

5 находитс  промежуток времени, достаточный дл  приведени  зонда 5 в исходное перед погружением положение,.С этой целою на первый выхса программного реле 1 выдаетс  напр жен, е, под воздействием

0 которо -о блок 2 взводз, враща  барабан 3. на который наматываетс  трос 4, осуществл ет подъем зонда 5.

Затем программное реле 1 переходит в третью позицию. Напр жени  на его выхо5 дах отсутствуют. Блок 2 взвода перестает воздействовать на барабан 3, который под воздействием зонда 5 и скатывающегос  трос 4 начинает вращатьс , одновременно враща  и ось датчика 6 скорости. На выходе

0 датчика 6 скорости формируетс  напр жение , пропорциональное текущему значению скорости погружени  зонда 5. Это напр жение подаетс  на первый вход первого компаратора 8, на второй вход которого

5 подводитс  выходное напр жение первого цифроаналогового преобразовател  14. В начальный момент при обнуленном дополнительном счетчике 13 равно нулю v напр жениенавыходепервого

0 цифроаналогового преобразовател  14. Напр жений на первом входе первого компаратора 8 больше напр жени  на его втором входе, поэтому на его выходе разрешающий г емциал, которым открываетс  по перво5 му входу дополнительный элемент И 11. Импульсы с выхода генератора 7 проход т через него на счетный вход допслнительно- го счетчика 13, причем формируемый код этого счетчика характеризует число поступивших импульсов. Поступление импульсов

продолжаетс  до тех пор, пока напр жение на выходе первого цифроаналогового преобразовател  14 не станет больше напр жени  на выходе датчика 6 скорости (на величину приращени  напр жени  на выходе цифроаналогового преобразовател  14 при поступлении очередного импульса на счетный вход дополнительного счетчика 13 или меньшую величину). В этом случаэ напр жение на выходе первого компаратора 8 становитс  запрещающим и прохождение импульсов генератора 7 на счетный вход дополнительного счетчика 13 через дополнительный элемент / 11 прекращаетс . По мере нарастани  напр жени  на выходе датчика б скорости указанные процессы повтор ютс  таким образом, что напр жение на выходе первого цифроаналогового преобразовател  14 отслеживает напр жение на выходе датчика 6 скорости в процессе его нарастани  с погрешностью, не превышающей приращени  напр жени  на выходе первого цифроаналогового преобразовател  14 при увеличении на единицу кода дополнительного счетчика 13. По мере погружени  зонда 5 в исследуемую жидкость его скорость (перед остановом) становитс  равной установившемус  значению скорости равномерного движени  при погружении . Код оценки этой скорости и запоминаетс  в конце данной фазы измерени , поскольку в процессе снижени  скорости зонда 5 при останове изменений кода дополнительного счетчика 13 не происходит.

После этого программное реле 1 переходит в четвертую позицию, в которой напр жение вновь подаетс  на его первый выход и далее на блок 2 взвода. При этом зонд 5 вновь возвращаетс  в исходную позицию перед очередным погружением. При переходе программного реле 1 в п тую позицию напр жени  снимаютс  со всех его выходов. Происходит повторное погружение зонда 5 в исследуемую жидкость.

Через промежуток времени, заведомо достаточный дл  трогани  зонда 5, программное реле 1 переходит в шестую позицию, выдава  импульс напр жени  на свой третий выход. Этим импульсом аналого-цифровой преобразователь включаетс  в работу и формирует код текущего значени  напр жени  на его втором входе, а триггер 21 переводитс  в единичное состо ние. По вл ющимс  на выходе триггера 21 разрешающим напр жением открываетс  по второму входу элемент И 10. Импульсы с выхода генератора 7 проход т через него на счетный вход счетчика 12, которым суммируетс  число поступивших импульсов за оцениваемый промежуток времени. Подаваемое HP, второй вход аналого-цифрового преобразовател  16 с выхода сумматора 19 напр жение представл ет собою сумму напр жений с выхода первого цифроаналого- 5 вогопреобразовател 14,

характеризующего напр жение на выходе датчика 6 скорости при равномерной скорости погружени  зонда 5, и напр жени  с выхода инвертора 18. В свою очередь, по10 следнее напр жение равно по величине напр жению на выходе датчика 6 скорости и противоположно ему по знаку. Таким образом , напр жение на выходе сумматора 19 равно разности напр жений первого циф5 роаналогового преобразовател  14 и датчика б скорости. При неподвижном зонде 5 она равна напр жению на выходе первого цифроаналогового преобразовател  14, так как напр жение на выходе датчика скорости

0 равно нулю, а в то врем , когда зонд 5 будет погружатьс  с равномерной скоростью, напр жение на выходе сумматора 19 станет равным нулю. Изменение во времени выходного напр жени  сумматора 19 происхо5 дит по экспоненте с оцениваемой посто нной времени. В результате работы аналого-цифрового преобразовател  16 в его пам ть будет записан код, характеризующий напр жение на выходе сумматора 19

0 в момент подачи импульса на первый вход аналого-цифрового преобразовател  16. Второй цифроаналоговый преобразователь

16сформирует на своем выходе напр жение , пропорциональное коду, хран щемус 

5 в аналого-цифровом преобразователе 16. Это напр жение подаетс  на вход делител 

17напр жени , которым уменьшаетс  в заданное число«раз (например, в е раз). Выходные напр жени  сумматора 19 и делител 

0 17 напр жени  сравниваютс  вторым компаратором 9. Первоначально напр жение сумматора 19 заведомо больше напр жени  на выходе делител  17 напр жени  и на выходе второго компаратора 9 присутствует

5 запрещающий потенциал. Однако по мере нарастани  напр жени  на выходе датчика 6 скорости при увеличении скорости зонда 5 после его разгона, напр жение на выходе сумматора уменьшаетс  по экспоненте, в то

0 врем , как напр жение на выходе делител  17 напр жени  остаетс  посто нным по величине . Через измер емый промежуток времени напр жение на выходе сумматора 9 станет меньше напр жени  на выходе дели5 тел  17 напр жени . На выходе второго компаратора 9 по витс  разрешающий потенциал , которым после передачи через элемент ИЛИ 20 обнул етс  триггер 21. Возникающим на его выходе запрещающим потенциалом запираетс  по второму входу

элемент И 10. Импульсы генератора 7 в данном цикле измерени  на счетный вход счетчика 12 больше не поступают, Код, хран щийс  в счетчике 12, характеризует значение измер емой посто нной времени экспоненты. Оно высвечиваетс  индикатором 22.

Далее программное реле 1 переходит в седьмую позицию, в которой находитс  до начала следующего цикла измерени .

Измеренное значение в зкорти жидкости по полученной оценке посто нной времени экспоненты Т может быть рассчитано по формуле, справедливой при выполнении закона Стокса

4,5 -Т где / - измер ема  в зкость жидкости;

R - радиус шарового зонда 5;

р - плотность материала шарового зонда 5;

Т - оцениваема  при измерении посто нна  времени экспоненты, характеризующей динамику изменени  скорости шарового зонда 5 при приближении к скорости равномерного движени  при погружении .

При применении измерител  нет необходимости при измерении получать оценку плотности жидкости, котора  при измерении в зкости  вл етс  помехой измерению. Как следует из соотношени  в предлагаемом измерителе расчет в зкости осуществл етс  по измеренному значению посто нной времени Т, котора  от плотности жидкости не зависит. Одновременно преимуществом предлагаемого измерител   вл етс  применение в качестве датчика первичной информации не измерител  ускорени  (акселерометра), а измерител  скорости (в частном случае, измерител  угловой скорости - тахометра). Эти датчики имеют более высокие метрологические характеристики , и более высокуюточность измерени . В то же врем  в измерителе сохранена простота электронной схемы.

В состав варианта измерител  в зкости жидкости (фиг. 2) вход т программное реле 23, определ ющее ритм работы измерител  и выдающее в требуемые моменты времени напр жени  на три своих выхода, блок 24 взвода, обеспечивающий перемещение шарового зонда в исходную точку траектории движени  перед каждым очередным замером в зкости жидкости, барабан 25, на котором с помощью троса 26 крепитс  шаровой зонд 27, и угол поворота которого пропорционален длине пути, проходимого шаровым зондом 27, на который оказывают

воздействие выталкивающа  сила жидкости и сила ее в зкого трени , акселерометр 28, формирующий напр жение, пропорциональное ускорению шарового зонда 27, аналого-цифровой преобразователь 29, в требуемые моменты времени измер ющий напр жение на выходе акселерометра 28 и формирующий двоичный код этого напр жени , цифрозналоговый преобразователь

30, преобразующий хран щийс  в аналого- цифровом преобразователе 29 код в пропорциональное аналоговое напр жение, делитель 31 напр жени , формирующий напр жение , составл ющее требуемую часть

напр жени  на выходе цифроаналогового преобразовател  30, компаратор 32, путем сравнени  напр жений на выходе акселерометра 28 и делителе 31 напр жени , определ ющий врем  окончани  замера,

элемент И 33, обеспечивающий своевременную передачу командного импульса об окончании замера, элемент ИЛИ 34, объедин ющий цепи подачи импульсов на обнул ющий вход триггера 35, формирующего

выходной импульс, длительность которого характеризует измер емую в зкость, генератор 36, выдающий пр моугольные импульсыстабильнойчастоты , дополнительный элемент И 37, управл ющий цепью подачи импульсов на счетный вход счетчика 38, суммирующего поступающие на вход пр моугольные импульсы и формирующий код, характеризующий в зкость исследуемой жидкости, индикатор 39,

высвечивающий результат измерени .

Измеритель в зкости жидкости работает следующим образом.

Каждый очередной цикл измерени  начинаетс  при переходе программного реле

23 в первую позицию. При этом по вл етс  напр жение на его первом выходе, которое передаетс  на электрический вход блока 24 взвода и в виде разрешающего потенциала на обнул ющий вход счетчика 38. Кроме то5 го, через элемент ИЛИ 34 это напр жение подаетс  на обнул ющий вход триггера 35. Блок 24 взвода, враща  барабан 25, на который наматываетс  трос 26, поднимает шаровой зонд 27 в исходное положение. Код.

0 хран щийс  в счетчике 38, под воздействием этого напр жени  становитс  равным ну- лю. Триггер 35 переходит в нулевое состо ние, в котором с его выхода на первый вход дополнительного элемента И 37

5 подаетс  запрещающий потенциал. В этом режиме пр моугольные импульсы, непрерывно подаваемые на второй вход этого элемента с выхода генератора 36, на счетный вход счетчика не передаютс .

После требуемой временной задержки, достаточной дл  перемещени  шарового зонда 27 в требуемое положение, программное реле 23 переходит во вторую позицию, в которой напр жени  отключены от всех трех его выходов. Шаровой зонд 27 с. ускорением начинает погружатьс  в жидкость, заставл   за счет сматывани  троса 26 вращатьс  вал барабана 25.

Через промежуток времени, достаточный дл  начала движени  шарового зонда 27, программное реле переходит в третью позицию, в которой на его втором выходе по вл етс - управл ющий импульс напр жени . Поежде всего, этим импульсом переводитс  в единичное состо ние триггер 35. Разрешающим потенциалом с его выхода открываетс  по первому входу дополнительный элемент И 37. Импульсы генератора 36 проход т через него на счетный вход счетчика 38 и суммируютс  им. Одновременно импульс с второго выхода программного реле 23 подаетс  и на второй вход аналого-дискретного преобразовател  29, включа  его в работу по измерению текущего значени  напр жени  на выходе акселерометра 28, поданного на первый вход этого преобразовател . Полученный в процессе преобразовани  двоичный код напр жени  акселерометра 28 хранитс  в аналого-цифровом преобразователе 29, выходными потенциалами которого управл етс  цифроаналоговый преобразователь 30. Им формируетс  посто нное по величине напр жение , значение которого равно напр жению на выходе акселерометра 28 в момент по влени  импульса на втором выходе программного реле. Это напр жение подаетс  на делитель 31 напр жени , которым уменьшаетс  в требуемое число раз (если напр жение уменьшаетс  в е раз, где е - основание натуральных логарифмов, то в результате замера в счетчике 38 код суммы будет соответствовать посто нной времени экспоненты Т). Выходное напр жение делител  31 подаетс  на второй вход компаратора 32, на первые вход которого поступает напр жение с выхода акселерометра 28. Поскольку в рассматриваемом режиме напр жение на первом входе превышает напр жение на втором входе, то на выходе компаратора 32 - запрещающий потенциал.

Через следующий небольшой промежуток времени, достаточный дл  наступлени  ранее описанного режима, программное реле 23 переходит в четвертую позицию, в которой напр жение подаетс  только на третий его выход. Этим напр жением по второму входу открываетс  элемент И 33. Поэтому, когда по мере увеличени  скорости движени  шарового зонда 27 уменьшаетс  его ускорение, а следовательно, и напр жение на выходе акселерометра 28, в какой-то момент времени оно становитс  5 меньшим напр жени  на выходе делител  31. На выходе компаратора 32 по вл етс  разрешающий потенциал, который передаетс  через элемент И 33, элемент ИЛИ 34 и поступает на обнул ющий вход триггера 35.

0 Триггер 35 переходит в нулевое состо ние. По вл ющимс  на его выходе запрещающим потенциалом запираетс  по первому входу дополнительный элемент И 37. Импульсы генератора 36 на счетчик 38 не по5 ступают. Счетчик 38 хранит значение ранее рассчитанного кода. Выходные потенциалы этого счетчика управл ют индикатором 39, которым высвечиваетс  результат измерени .

0 Через заданный промежуток времени программное реле 23 переходит в п тую позицию. Напр жени  со всех трех его выходов снимаютс . В этой позиции программное реле 23 находитс  до начала

5 следующего цикла измерени  в зкости жидкости .

Считанные показани  индикатора 39, в частности с помощью графика градуировки измерител , позвол ют оценить в зкость

0 исследуемой жидкости. Измеритель обладает преимуществами сточки зрени  времени измерени , габаритов технологических ванн, в которых возможно измерение. Точность измерени  в определ ющей мере за5 висит от точности оценки текущих значений ускорени  шарового зонда 27 акселерометром 28.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Измеритель в зкости жидкости, содер0 жащий программное реле, блок взвода, счетчик, индикатор, элемент И и барабан, на котором с помощью троса закреплен шаровой зонд, причем ось барабана кинематически св зана с осью блока взвода,

   5 электрический вход которого соединен с первым выходом программного реле, и генератор , выход которого св зан с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу триггера, а выход - к

   0 счетному входу счетчика, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности измерени  путем учета вли ни  изменени  скорости шарового зонда в переходном режиме , в него введены дополнительный счет5 чик, дополнительный элемент И, первый и второй компараторы, первый и второй циф- роаналогозые преобразователи, аналого- цифровой преобразователь, инвертор, сумматор, делитель напр жени , элемент ИЛИ и датчик скорости, ось которого кинемагически св зана с осью барабана, а электрический выход подключен к первому входу первого компаратора и через инвертор - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого цифро- аналогового преобразовател  и вторым входом первого компаратора, первый и второй входы дополнительного элемента И соединены соответственно с выходом первого компаратора и выходом генератора, выход дополнительного элемента И св зан со счетным входом дополнительного счетчика, обнул ющий вход которого соединен с вторым выходом программного реле, обнул ющим входом счетчика и первым входом элемента ИЛИ, выходы дополнительного счетчика подключены к входам первого цифроаналогового преобразовател , второй вход и выход элемента ИЛИ соединены с выходом второго компаратора и обнул ющим входом триггера соответственно, единичный вход триггера соединен с третьим выходом программного реле и первым входом аналого-цифрового преобразовател , второй вход которого подключен к выходу сумматора и первому входу второго компаратора , входы индикатора соединены с выходами счетчика, входы второго цифроаналогового преобразовател  св заны с выходами аналого-цифрового преобразовател ,приэтомвыход

   цифроаналогового преобразовател  через делитель напр жени  подключен к второму входу второго компаратора

   Фиг А

   Фиг. 2