Устройство для измерения скорости и температуры потока жидкости

Устройство для измерения скорости и температуры потока жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения , Для этого нагреватель 3 вьтолнен в виде кольца с термометром 4 в центре. При любом направлении движения в просйости потока тепловая метка проходит одинаковое расстояние от нагревателя до термометра 4. Уменьша-г ется погрешность, связанная с изменением амплитуды тепловой метки, что достигается нормированием входного сигнала путем компенсации постоянной составляющей и дополнительным усилением . Уменьшение погрешности измере-г ния, связанной с малой крутизной фронтов и конечной длительностью максимума тепловой метки, достигается тем, что производится измерение половины интервала времени на вершине сигнала. Расширение функциональных возможностей достигается выводом кода счетчика 10 с помощью регистра 12, несущего информацию о температуре потока жидкости в момент окончания нормирования входного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gi) 4 G 01 P 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4101485/24-10 (22) 05.06.86 (46) 29.02.88. Бюл. Р 8 (21) Сибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института гидротехники им.Б.Г.Веденеева (72) О.М.Гончар, С.С.Кукавский и В.В.Кравченко (53) 533.6.07 (088.8) (56) Кремлевский Т.Н. Расходомеры и счетчики количества, Л.: Машиностроение, 1975, с.588-591.

Авторское свидетельство СССР

У 964456, кл. 6 Ol Р l/70, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКО РОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения. Для этого нагреватель 3 выполнен в виде кольца с термометром 4 в

„„Я0„„1377745 А 1 центре. П1,н любом направлении движения в брлоскости потока тепловая метка проходит одинаковое расстояние от нагревателя до термометра 4. Уменьша ется погрешность, связанная с изменением амплитуды тепловой метки, что достигается нормированием входного сигнала путем компенсации постоянной составляющей и дополнительным усилением. Уменьшение погрешности измере-: ния, связанной с малой крутизной . фронтов и конечной длительностью максимума тепловой метки, достигается тем, что производится измерение половины интервала времени на вершине сигнала. Расширение функциональных возможностей достигается выводом кода счетчика 10 с помощью регистра

12, несущего информацию о температуре потока жидкости в момент окончания нормирования входного сигнала.

1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1377745

Устройство относится к измерительной технике и может использоваться для измерения скорости и температуры водных потоков на лаборатор5 ных гидравлических моделях.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 эпюры, поясняющие его работу: на фиг. 3-блок-схема управления; на фиг. 4эпюры напряжений блока управле ния .

Устройство содержит последователь- 15 но соединенные блок 1 управления, генератор 2 импульсов нагрева и нагреватель 3, последовательно соединенные термометр 4, приемное устройство 5, первый усилитель 6, 20 первый компаратор 7 первый триггер

8, схему 9 совпадения, первый счетчик 10 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11 причем ЦАП 11 подключен к первому усилителю 6 в ка- 25 честве управляемой отрицательной обратной связи, S-вход первого триггера 8 и вход "Сброс" первого счетчика 10 соединены с первым выходом блока 1 управления, а опорный вход 30 второго компаратора 7 соединен с шиной напряжения смещения 0, второй регистр 12, информационные входы которого соединены с выходами первого счетчика 10, а вход управления - 35 с выходом первого триггера 8, второй усилитель 13., вход которого соединен с выходом первого усилителя 61 а вход смещения — с шиной 11,,генератор 14 тактовых импульсов, выход . 40 которого соединен с вторым входом второй схемы 9 совпадения, последовательно соединенные третий реверсивный счетчик 15,второйЦАП 16 и второй. компаратор 17 напряжения, причем второй 45 вход компаратора 17 напряжения соединен с выходом второго усилителя 13, опорный вход ЦАП 16 - с шиной U, а счетный вход третьего счетчика 15 - r генератором 14 тактовых импульсов, второй триггер 18, 0-вход которого соединен с выходом первого компаратора 17 напряжения, С-вход — с гене" .ратором 14 тактовых импульсов, а прямой выход - с входом управления .реверсом третьего счетчика 15, третью 19 и четвертую 20 схемы совпадения, первые входы которых соединены с задержанньак выходом генерато ра 14 тактовых импульсов, а вторые входы — соответственно с инверсным и прямым выходами второго триггера

18, четвертый 21 и,пятый 22 счетчики, счетные входы которых соединены соответственно с выходами третьей

19 и четвертой 20 схем совпадения, а входы "Сброс" — соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера 18, третий триггер 23, S- u R-входы которого соединены с выходами соответственно четвертого

21 и пятого 22 счетчиков, регистр

24, информационные входы которого соединены с выходами третьего счетчика 15, а вход "Сброс" — с вторым выходом блока 1 управления и входом генератора 2 импульса нагрева, схему 25 сравнения кодов, входы которой соединены с выходами третьего счетчика 15 и регистра 24, пятую

26, шестую 27 н седьмую 28 схемы совпадения, первые входы которых соединены с выходом схемы 25 сравнения кодов, вторые входы шестой

27 и седьмой 28 схемы совпадения соединены с выходами соответственно четвертого 21 и пятого 22 счетчиков, второй вход пятой схемы 26 совпадения соединен с прямым выходом второго триггера 18,- а третий вход — с выходом третьего триггера 23, второй счечтик 29, вход "Сброс" которого соединен с управляющим входом регистра 24 и выходом седьмой схемы

28 совпадения, шестой счетчик 30, счетный вход и вход "Сброс" которого соединены соответственно с выходами пятой 26 и шестой 27 схем совпадения, первую схему 31 совпадения, входы которой соединены с выходом генератора 14 тактовых импульсов и третьйм выходом блока 1 управления, а выход — со счетным входом второго счетчика 29, арифметическое устройство 32, информационные входы которого соединены с выходами второго регистра 12, второй 29 и шестого 30 счетчиков, а управляющий вход — с четвертым выходом блока 1 управления, а также индикатор 33, соединен-. ный с выходом арифметического устройства 32.

Блок управления (фиг,3) содержит синхронизатор 34 и последовательно соединенные формирователи 35 импульсов нагрева, формирователь 36

1377745

35 времени измерения, формирователь 37 импульса запуска.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу (фиг.2а) с первого выхода блока 1 управления сбрасываются первый счетчик 10 и возводится первый триггер 8, разрешающий прохождение тактовых импульсов от генератора 14 через вторую схему 9 совпадения на вход первого счетчика

l0, который, изменяя состояние

ЦАП 11, увеличивает коэффициент усиления первого усилителя 6. Увеличение коэффициента усиления происходит до тех пор, пока сигнал с выхода приемного устройства 5, пропорциональный температуре жидкости (фиг.2б), не достигнет на выходе первого усилителя 6 величины U, (фиг.2в), при этом срабатывает второй компаратор 7 напряжения и сбрасывает первый триггер 8, который, в свою очередь, переписывает с вы- 25 ходов первого счетчика 10 код К 1 во второй регистр 12 и разрешает формирование блоком 1 управления управляющего импульса нагрева (фиг.2г). C второго выхода блока 1 30 управления управляющий импульс нагрева сбрасывает второй регистр 24 и запускает генератор 2 импульсов нагрева, который с помощью кольцевого нагревателя 3 формирует в потоке жидкости кольцевую тепловую метку. Тепловая метка, перемещаясь в потоке жидкости, проходит через термометр 4, при этом условия распространения тепловой метки в пото- 40 ке жидкости относительно термометра

4 одинаковы во всех направлениях движения в плоскости потока. Так как коэффициент усиления первого усилителя 6 определяется уровнем сигнала 45 с выхода приемного устройства 5, пропорциональным температуре потока жидкости, возникает необходимость дополнительного усиления сигнала тепловой метки. С этой целью введен второй усилитель 13, в котором производится компенсация постоянной составляющей входного сигнала U u усиление сигнала тепловой метки до необходимой величины (фиг.2д). Компаратор 17, второй триггер 18, реверсивиый счетчик 15 и ЦАП 16 образуют аналого-цифровой преобразователь

{АЦП) следящего типа.

Прн поступлении сигнала с выхода второго усилителя на вход АЦП на выходе компаратора 17 и на прямом и инверсном выходах второго триггера 18 образуются соответственно последовательности импульсов Ж, 3, И, а на выходах третьей !9 и четвертой 20 схем совпадения — импульсы К и Л, причем появление импульсов Л соответствует уйеньшению ступенчатого сигнала на выходе ЦАП 1б (Фиг.2д}, а импульсов K — его нарастанию. Им— пульсы К и Л поступают на счетные входы четвертого 21 и пятого 22 счетчиков, на входы "Сброс" которых поступают соответственно импульсы 3 и И с выходов второго триггера 18 °

Счетчики 21 и 22 являются счетчиками по, модулю M = 3, на выходах которых после сброса появляются импульсы после второго и через каждые (М-1) последующих (до сброса) счетных импульсов. В данном случае рассматриваются счетчики с M = 3. Последовательность импульсов, Н на выходе счетчика 21 соответствует нарастанию сигнала Д, а импульсов M на выходе счетчика 22 — уменьшению. Третий триггер 23 формирует интервалы времени (фиг.2о) от начала нарастания сигнала Д до начала его спада. Так как в начале измерения регистр 24 сброшен в нулевое состояние, то на выходе схемы 25 сравнения кодов устанавливается сигнал П, показывающий, что код третьего счетчика 15, пропорциональный текущему значению. сигнала Д, больше кода регистра 24, и разрешающий прохождение сигналов через пятую 26, шестую 27 и седьмую

28 схемы совпадения. Шестой счетчик 30 сбрасывается каждым импульсом Н, прошедшим через схему 27 совпадения и считывает импульсы, 1 прошедшие через схему 26 совпадения, в результате чего в счетчике 30 записывается код К 3, чиоленное значение которого равно целой части выражения (t - t ) f /2, где f — частота генератора 14 тактовых импульсов.

Счет длится до момента времени когда после первых двух спадов подряд ступенчатого сигнала Д происходит сброс третьего триггера 23 и зап. рещается прохождение счетных импульсов через пятую схему 26 совпадения.

Одновременно происходит сброс второго счетчика 29 и начинается счет

1377745 импульсов f, с выхода первой схемы

3ll совпадения. Одновременно сигналом

Р с выхода седьмой схемы 28 совпадения в регистр 24 переписывается из счетчика 15 код, соответствующий максимальному уровню сигнала Д, после чего на выходе схемы 25 сравнения кодов исчезает сигнал П и запрещается работа пятой 26, шестой 27 и седьмой 28 схем совпадения. Второй счетчик работает до окончания времени измерения Т и в нем записывается код К 2, численное значение которого равно (Т-t>+ с, ) fo.

При наличии в сигнале пиков, предшествующих максимуму тепловой метки (фиг.2 д,l), работа устройства аналогична вышеуказанной, с той лишь разницей, что с приходом максимума тепловой метки (фиг.2д,II) большего по амплитуде предшествующего пика, код на.выходах третьего счетчика 15 станет больше кода, записанного в регистре 24, и схема

25 сравнения кодов даст разрешение на повторное измерение, причем предыдущая информация о предшествующем максимуме во втором 29 и шестом 30 счетчиках сбрасывается. Последующие за максимумом тепловой метки пики (фиг.2д,III) не влияют на дальнейшую работу устройства, так как код на выходах третьего счетчика

15 не превышает кода, записанного в момент времени с в регистр 24, и схема 25 сравнения кодов не разрешит сброс информации во втором 29 и шес" том 30 счетчиках. При наличии в сигнале помех, меньших по амплитуде максимума тепловой метки, работа устройства аналогична вышеуказанной.

Коды К 1 с выхода второго регистра 12, К 2 с выхода второго счетчика 29 и К 3 с выхода шестого счетчика 30 поступают на арифметическое устройство, которое по сигналу блока 1 управления по окончании времени измерения Т производит вычисление температуры и скорости потока жидкости. Вычисление температуры потока жидкости производится по формуле, учитывающей температурную характеристику термометра 4, а также параметры приемного устройства 5 и цепи отрицательной обратной связи первого усилителя 6. Так, для полу проводникового терморезистора темпе" ратурная характеристика имеет вид

К=К : -"

К„= К,е где R, — текущее значение сопротивления терморезистора;

Т - текущее значение температуры, К;

 — коэффициент температурной

10 характеристики;

R — сопротивление термореэистоо ра при температуре Т .

Напряжение U„ на выходе преобразователя сопротивления в напряже" ние определяется формулой U „ =

А К„ где А — коэффициент преобразования.

Коэффициент усиления первого усилителя определяется соотношением

Up Киаф

К =

Ug R

Так как код KI соответствует числу импульсов, записанных в первом счетчике IO, то сопротивление ЦАП 11 определяется соотношением К д„

d R ° К, где ЬК вЂ” шаг квантования делителя ЦАП ll. Тогда иэ (2) нахоДИМ

Ua R

А hR К, (3) Иэ формулы (1) с учетом (3) на" ходим

Т—

Uo К 1 В (4) 1n(— - — — — --)+ ——

АhR КЕ,1 Т (5) К2 + К3

45 где 1 — базовое расстояние между нагревателем 3 и термометром 4.

Результаты вычислений поступают на индикатор 33, откуда производится считывание информации.

Начало цикла измерения задает синхронизатор, импульсом с выхода которого возводится первый триггер 8 и сбрасывается счетчик IО. После сброса первого триггера спадом импульса с его выхода запускается формирователь импульсов нагрева, дли—

40 Скорость потока жидкости определяем по формуле

1377745 тельность которых задается электрическими элементами этой схемы. Далее спадом импульса нагрева запускается формирователь времени измере5 ния Т, по окончании которого формирователь импульса запуска АУ вырабатывает управляющий импульс, разрешающий начало математической обработки результатов измерения. 10

Погрешность измерения скорости потока жидкости не будет увеличиваться при кольцевой форме нагревателя с термометром в центре, так как при любом направлении движения в плоскости потока тепловая метка проходит одинаковое расстояние от нагревателя до термометра ° Уменьшается погрещность связанная с изменением амплитуды тепловой метки, что достигается нормированием входного сигнала путем компенсации постоянной составляющей и дополнительным усилением.

Уменьшение погрешности измерения, связанной с малой крутизной фронтов и конечной длительностью максимума тепловой метки, достигается тем, что производится измерение половины интервала времени (t — с ) на вершине сигнала. Расширение функциональных возможностей устройства достигается выводом кода первого счетчика

l0 с помощью второго регистра 12, несущего информацию о температуре потока жидкости в момент окончания форми35 рования входного сигнала.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения скорости и температуры потока жидкости, содержащее последовательно соединенные блок управления, генератор импульсов нагрева и нагреватель, последовательно соединенные термометр, приемное устройство и цервый усилитель, первый цифроаналоговый преобразователь, включенный в цепь обратной связи первого усили; теля„ первый счетчик, вход Сброс

II It которого соединен с первым выходом

50 блока управления, а выходы — с управляющими входами цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первую схему совпадения и второй счетчик, причем второй вход первой схемы совпадения соединен с третьим выходом блока управления, последовательно соединенные третий реверсивный счетчик, второй пифроаналоговый преобразователь и первый компаратор.напряжения, причем счетный вход третьего счетл.ка соединен с генератором тактовых икнул сов, а опорный вход второго цифроаналогового преобразователя — с ш::п.ай напряжения смещения, последовательно соединенные арифметическое устрочство и индикатор, причем второй информационный вход арифметичеСкого устройства соединен с выходом второго счетчика, а управляющий вход — с четвертым выходом блока управления, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, нагреватель выполнен в виде кольца, -расположенного в плоскости потока, термометр размещен в центре этого кольца, и в устройство дополнительно введены второй компаратор напряжения, три триггера, шесть схем совпадения, три счетчика, второй усилитель, первый регистр и схема сравнения кодов, при этом к выходу первого усилителя последовательно подключены второй компаратор напряжения, первый триггер и вторая схема совпадения, причем опорный вход второго компаратора напряжения соединен с шиной напряжения смещения, установочный вход первого триггера — с первым выходом блока управления, а выход — с входом блока управления, второй вход второй схемы совпадения соединен с генератором тактовых импульсов, а выход— со счетным входом первого счет-шка, вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя, в од смещения — с шиной напря:ечия смещения, а выход — с вторым входом первого компаратора напряжения, D-вход второго триггера соединен с выходом первого компаратора, а С-вход — с выходом генератора тактовых импульсов, первые входы третьей и четвертой схем совпадения соединены с задержанным выходом генератора тактовых импульсов, а вторые — соответственно с инверсным и прямьж выходами второго триггера, счетные входы четвертого и пятого счетчиков подключены соответственно к выходам третьей и четвертой схем совпадения а входы — "Сброс" - соответственна к прямым и инверсным выходам второго

1377745

10

20 триггера, S- u R-входы третьего триггера соединены с выходами чет; вертого и пятого счетчиков, информационные входы регистра и первые информационные входы схемы сравнения кодов соединены с выходами третьего счетчика, вторые входы .схемы сравнения кодов — с выходами регистра, а вход "Сброс" регистра - с вторым выходом блока управления и входом генератора импульсов нагрева, первые входы пятой, шестой и седьмой схем совпадения соединены с выходом схемы сравнения кодов, вторые входы шестой и седьмой схем совпадения соединены с выходами соответственно четвертого и пятого счетчиков, второй вход пятой схемы совпадения — с прямым выходом второго триггера а третий вход — с выходом третьего триггера, выход седьмой схемы сов падения соединен с входом "Сброс" второго счетчика и управляющим входом регистра, счетный вход шестого счетчика и его вход "Сброс" соединены соответственно с выходами пятой и шестой схем совпадения, а выход -. с третьим входом арифметического устройства.

2. Устройство по п.1 о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэмошностей, в него дополнительно введен второй регистр, информационные входы которого соединены с выходом первого счетчика, управляющий вход — с выходом первого триггера, а выход - с первым входом арифметического устрой ства.

1377745

1377745

ВНИИПИ Закаэ 865/40 Тираж 847 Подписное

Проиэн.-полигр. пр-тие, r. Уятород, ул. Проектная, 4