Расходомер

Расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 F 1 /86

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

g }, 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Л

C 4

Ф фа 00

М (21) 4859876/10 (22) 17.08.90 (46) 30.06.92. Бюл. N 24 (71) Научно-испытательный институт химических и строительных машин (72) Ю,А. Курдюмов (53) 681.121 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 678309, кл. G 01 F 1/86, 1979, Авторское свидетельство СССР

N. 731296, кл. G 01 F 1/86, 1980, «5U„„1744482 А1 (54) РАСХОДОМ Е P (57) Сущность изобретения; устройство содержит блок 1 измерения частоты, преобразователь 2 расхода, компаратор 3, блок 4 преобразования временных интервалов в код, дешифратор 5, блок 6 сравнения кодов, блок 7 формирования временных интервалов, элемент И 8, триггер 9, блоки 10, 16 индикации, шифратор 11, сумматоры 12, 13, блоки 14, 15 выделения первого импульса, регистр 17, кодовый преобразователь 18. преобразователь 19 плотности, формирователь 20 импульсов, выходные шины 21 — 23. 2 ил.

1744482

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений расхода жидких и газообразных сред с применением преобразователей расхода, имеющих естественный частотный выходной сигнал. а также в составе информационных и управляющих систем расхода жидких и газообразных сред.

Известен расходомер, содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор частоты, задатчик времени измерений, триггер. элемент И. сумматор, счетчик, регистр, индикатор, шифратор. датчик плотности, кодовый преобразователь. датчик расхода и цифровой дискриминатор, находящиеся в соответствующих связях, Такой расходомер имеет невысокое быстродействие и также значительную сложность задатчика временных интервалов и цифрового дискриминатора.

Наиболее близким к изобретению является расходомер, содержащий преобразователь расхода. преобразователь плотности, соединенные последовательно блок формирования временных интервалов (кварцевый генератор <астоты и задатчик времени измерения, соединенные последовательно), триггер, элемент И, первый сумматор, счетчик (второй сумматор). регистр и блок индикации, причем преобразователь плотности соединен с первым сумматором через кодовый преобразователь. второй выход которого соединен с вторым входом триггера, выход триггера связан с первым входом блока формирования временных интервалов и через шифратор — с вторым входом второго сумматора, преобразователь расхода подключен к второму входу элемента И, а к второму входу блока формирования временных интервалов подключен выход многопредельного дискриминатора (блок сравнения кодов), блок измерения частоты включен между выходом преобразователя расхода и входом блока сравнения кодов.

Недостатком известного расходомера является следующее.

Алгоритм измерения массового расхода

Q< здесь построен в соо гветствии с выражением

Ом = fatti p — bi. где 4 — частоты выходного сигнала преобразователя расхода:

ti — интервал времени измерения; р — плотность среды:

Ь; — коэффициент характеристики преобразователя расхода: причем произведение сомножителей f, и ; есть количество периодов и сигнала преобразователя расхода на интервале времени

ЗО

55 измерения ti, т. е, точность измерений в этом случае зависит от точности определения количества периодов и. В известном устройстве количество периодов и определяется путем совпадения на входах элемента И соответственно сигнала преобразователя расхода и временного интервала измерения, что в силу дискретности заполнения в этом случае определяет дробные части периодов сигнала преобразователя расхода в начале и, конце временного интервала измерения, Здесь дробные части периода так же, как и целые периоды сигнала преобразователя расхода в интервале измерения будут в общем случае представлены на выходе элемента И соответствующими импульсами, которые после преобразования в первом сумматоре будут учтены в результате изменений как целые периоды, что и определяет составляющую погрешности измерений от дискретности. значение которой значительно возрастает при снижении уровней измеряемых расходов, Целью изобретения является увеличение точности измерений, Поставленная цель достигается тем, что в расходомер, содержащий преобразователь расхода, преобразователь плотности, блок формирования временных интервалов, триггер, элемент И. первый сумматор, второй сумматор регистр. блок индикации, кодовый преобразователь, шифратор, блок сравнения кодов и блок измерения частоты, вход которого подключен к выходу преобразователя расхода, а выходы разрядов соединены с информационными входами блока сравнения кодов, выходы блока сравнения кодов подключены к входам шифратора, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов первого сумматора, выходы разрядов первого сумматора соединены с информационными входами регистра, а выходы разрядов регистра — с входами блока индикации, выход преобразователя плотности подключен к входу кодового преобразователя, выходы разрядов которого соединены с информационными входами второго сумматора, а выходы разрядов BTQрого сумматора — с второй группой входов пег эого сумматора, вход записи второго сумматора подключен к выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера и входом запуска блока формирования временных интервалов, введены компаратор, блок преобразования временных интервалов в код, дешифратор, второй блок индикации, формирователь импульсов, первый и второй блоки выделения первого импульса, причем выход преобразователя расхода подключен к входу компаратора, 1744482 выход которого соединен с вторым входом элемента И и входами первого и второго блоков выделения первого импульса, выходы которых подключены соответственно к второму и первому входам триггера, выход триггера соединен с входом записи регистра и входом блока и реобразования временных интервалов в код. выходы разрядов которого соединены с информационными входами дешифратора, а выходы дешифратора — с входами второго блока индикации, выход блока формирования временных интервалов подключен к входу формирователя импульсов, выход которого соединен с входом запуска второго блока выделения первого импульса, а вход запуска первого блока выделения первого импульса — с входом установки второго сумматора и выходом кодового преобразователя. выходы разрядов блока измерения частоты соединен с информационными входами блока формирования временных интервалов.

На фиг. 1 представлена структурная схема расходомера; на фиг, 2 — временные диаграммы, поясняющие алгоритм работы расходомера.

Расходомер содержит блок 1 измерения частоты, преобразователь 2 расхода. компаратор 3, блок 4 преобразования временных интервалов в код. дешифратор 5. блок 6 сравнения кодов. блок 7 формирования временных интервалов, элемент И 8. триггер 9, блок 10 индикации второй, шифратор 11, первый 12 и второй 13 сумматоры. первый 14 и второй 15 блоки выделения первого импульса, первый блок 16 индикации, регистр 17, кодовый преобразователь

18, преобразователь 19 плотности, формирователь 20 импульсов, выходные шины 21.

22 и 23.

Выход преобразователя 2 расхода подключен к входу блока 1 измерения частоты. выходы разрядов которого соединены с информационными входа ли блока 7 формирования временных интервалов и информационными входами блока 6 сравнения кодов, выходы блока

6 сравнения кодов подключены к входам шифратора 11, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов сумматора 12. выходы разрядов сумматора 12 соединены с информационными входами регистра 17. а выходы разрядов регистра 17 — с выходами блока 16 индикации. выход преобразователя

19 плотности подключен к входу кодового преобразователя 18, выходы разрядов которого соединены с информационными входами сумматора 13, а выходы разрядов сумматора 13 — с второй группой входов сумматора 12, вход записи сумматора 13 подключен к выходу элемента И 8, первый

55 вход которого соединен с выходом триггера

9 и входом запуска блока 7 формирования временных интервалов, выход преобразователя 2 расхода подключен к входу компаратора 3, выход которого соединен с вторым входом элемента И 8 и входами блоков 14 и

15 выделения первого импульса, выходы которых подключены соответственно к второму и к первому входам триггера 9, а входы запуска — соответственно к управляющему выходу кодового преобразователя 18 и к выходу формирователя 20 импульсов, вход которого прдключен к выходу блока 7 формирования временных интервалов, входы блока 10 индикации подключены к выходам дешифратора 5, информационные входы которого соединены с выходами раазрядов блока 4 г реобразования временных интервалов в код, выходы разрядов которого соединены с шиной 23, а вход соединен с выходом триггера 9, шиной 22 и входом записи регистра 17, выходы разрядов которого соединены с шиной 21, вход установки сумматора 13 подключен к управляющему выходу кодового преобразователя 18, причем инвертирующий вход компаратора 3 соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирующий вход является его входом.

Времена задержек распространения

СИГНаЛа тзд14 И тзд15 СООтВЕтСтВЕННО бЛОКа1ЛИ

14 и 15 входят в следующие выражения:

О,1 зд8 > (тзд14+ тзд9);

О,1

С зд8 > (тзд15+ Тзд9), О,1

ГДЕ т зд8 — ВРЕМЯ ЗаДЕРжКИ РаСПРОСтРаНЕния сигнала элементом И 8; тзд9 — ВРЕМЯ ЗаДЕРжКа РаСПРОСтРаНЕНИЯ сигнала триггером 9.

Вариант построения кодового преобразователя 18 зависит от вида информативного параметра выходного сигнала преобразователя 19 плотности, использование в качестве которого, например, преобразователя с частотным выходным сигналом определяет применение (для варианта кодового преобразователя 18) блока преобразования частоты в код со следующими параметрами: длительность импульса ту на управляющем выходе

Гзап14 — Гу < 2 1 смин

Тсмин длительность минимального пе риода выходного сигнала преобразователя

2 расхода:

1744482 круст.о — время установки в нулевое состояние сумматора 13;

ВРЕМЕННОЙ ИНтЕРВаЛ ПРЕОбРаЗОВаНИЯ т ар.18 информативного параметра входного сигнала в код определяется равенством

< пр18 = < пр1, гДе

Тпр18 = Тпр1 < пр18 + Г макс + 2Тсмакс, где Тпр1 — период преобразования частоты в код блоком 1 измерения частоты;

T iM>« — максимальный временной интервал измерений блока 7 формирования временных интервалов;

Тсмакс максимальный период сигнала преобразователя 2 расхода: периоды преобразования Trjp18i синхронны периодам преобразования Тпр1. что обеспечивается, например, одновременной подачей импульса установки на соответствующие входы блоков 1 и 18 при включении питания расходомера или от внешней системы при совместной работе.

Формирователь импульса 20 представляет собой формирователь коротких импульсов, работающий по заднему фронту входного сигнала, с длительностью импульса т г;1 на выходе

1 узап 15 т61 < 2 Т смин

ГДЕ т зап15 — ДЛИтЕЛЬНОСтЬ СИГНаЛа ЗаПУСКа для блока 15 выделения первого импульса.

Тамии — длительность минимального периода сигнала преобразователя 2 расхода.

Диапазон измерений расхода делится на количество пределов посредством аппроксимации отрезками прямых линий нелинейной характеристики (зависимость расход, ось ординат, частота выходного сигнала, ось абсцисс) преобразователя 2 расхода; каждый полученный i-й участок описывается следующими параметрами:

tg Qj — тангенс угла наклона отрезка прямой линии к оси абсцисс характеристики;

b — величина начального смещения по оси ординат, получаемая от пересечения продолжения отрезка прямой линии с осью ординат характеристики.

Алгоритм выполнения измерений массового расхода QM построен в соответствии с выражением

Q> = с(i+ zx) p+ Ь! = с p + Ь = псp + bj. где fc — частота выходного сигнала преобразователя расхода:

55 г — основной временной интервал измерений в i-ом пределе, численно равный соответствующему значению tgQ ; тк — дополнительный временной интервал измерений; р — плотность измеряемой среды;

b — величина начального смещения по оси ординат характеристики преобразователя расхода относительно начала координат в i-ом пределе; то- временной интервал осреднения, за который определяется значение QM, nc — количество периодов сигнала преобразователя расхода на временном интервале осреднения 7а.

Расходомер работает следующим образом.

В исходном состоянии (интервал времени, Равный т qp181 на выхоДах ДешифРатоРа

5, блока 6 сравнения кодов и на выходах разрядов (блока 1 измерения частоты, блока

4 преобразования временных интервалов в код. шифратора 11, сумматора 12 и 13, регистра 17 и кодового преобразователя 18 присутствует соответствующая информация от предыдущего цикла измерения или произвольная — при включении питания расходомера; присутствуют сигналы на выходах преобразователя 2 расхода (фиг. 2а), компаратора 3 (фиг, 26) и преобразователя 19 плотности; отсутствуют сигналы на выходах блока 7 формирования временных интервалов, элеглента И 8, триггера 9, блоков 14 и 15 выделения первого импульса и формирователя 20 импульсов; в блоке 6 сравнения кодов записаны коды, соответствующие значениям верхних границ i-x пределов измерений, а в шифраторе 11 — коды, соответствующие значениям bi для 1-х пределов измерений; в блоке 1 измерения частоты и кодовом преобразователе 18 идут соответствующие процессы преобразования; частота следования импульсов на выходе компаратора 3 равна частоте выходного сигнала преобразователя 2 расхода, По окончании временного интервала преобразования на выходах разрядов блока

1 измерения частоты и кодового преобразователя 18 устанавливаются коды, соответствукщие текущим значениям соответственно частоты выходного сигнала преобразователя

2 расхода и плотности измеряемой среды. На управляющем выходе (фиг. 2в) кодового поеобразователя 18 появляется импульс, который устанавливает в нулевое состояние сумматор 13 и запускает блок 14 выделения первого импульса. Выходной код кодового преобразователя 18 поступает на информационные входы сумматора 13, а выходной

1744482

10 код блока 1 измерения частоты — на информационные входы блока 7 формирования временных интервалов и блока б сравнения кодов, В последнем происходит сравнения кода текущего значения частоты сигнала преобразователя 2 расхода с кодами, соответствующими границам пределов измерений, что по результатам сравнения определяет текущий i-й предел измерений и установку на соответствующем i-ом выходе уровня логической "1". Уровень логической

"1" по i-му входу шифратора 11 устанавливает на его выходах код значения Ь;, соответствующего текущему -му пределу измерений, который поступает на первую группу входов сумматора 12.

На выходе блока 14 выделения первого импульса (фиг. 2г) появляется импульс компаратора 3 (стоящий во времени первым после переднего фронта импульса запуска кодового преобразователя 18 и являющийся маркером начала отсчета целых периодов выходного сигнала преобразователя 2 расхода), который устанавливает триггер 9 в единичное состояние.

Переход "01" на выходе триггера 9 (фиг.

2д) запускает блок 7 формирования временных интервалов. формирующего длительность основного временного интервала измерений г; в зависимости от кода на его информационных входах. Одновременно . переход "01" на выходе триггера 9 поступает на вход блока 4 (устанавливая его в нулевое состояние и начиная процесс преобразования временного интервала в код) и первый вход элемента И 8, разрешая прохождение импульсов компаратора 3 (начиная с первого во времени после переднего фронта импульса запуска кодового преобразователя 18) на вход записи сумматора 13 (фиг. 2ж).

Первый импульс элемента И 8 передним фронтом по входу записи записывает в сумматор 13 код, присугствующий íà ego информационных входах и соответствующий текущему значению плотности измеряемой среды р При этом записанный код поступает по второй группе входов в сумматор 12. где происходит его сложение с кодом шифратора 11, Далее каждый последующий импульс элемента И 8 обеспечивает сложение кода на информационных входах сумматора

13 с его кодом, полученном при текущем импульсе на выходе элемента И 8. реализуя тем самым умножение и, íà р причем последующее сложение в сумматоре 12 реализует операцию сложения вида nc p + bi.

По окончании. основного временного интервала измерений г (по его заднему фронту, фиг. 2д) выходной импульс формирователя 20 импульсов (фиг. 2з) запускает блок 15 выделения первого импульса, на выходе которого (фиг. 2и) появляется им5 пульс компаратора 3 (стоящий во времени первым после переднего фронта импульса формирователя 20 импульсов), устанавливающий триггер 9 в нулевое состояние. Причем в данном случае передний фронт

10 импульса компаратора 3 является маркером конца счета целых периодов сигнала преобразователя 2 расхода.

Переход "10" на выходе триггера 9 запрещает прохождение импульсов компара15 тора 3 через элемент И 8 на вход записи сумматора 13, останавливает процесс преобразования временного интервала в код в блоке 4 и записывает по входу записи в регистр 17 (с его информационных входов)

20 результирующий код с выходов разрядов сумматора 12, что для алгоритма работы расходомера является моментом окончания, соответствующим во времени заднему фронту временного интервала осреднения т на

25 выходе триггера 9.

На этом цикл выполнения измерений массового расхода QM завершен и полученное значение Q> отображено в блоке 16 индикации, а значение временного интерва30 ла осреднения ro (за который определено значение Q>) через дешифратор 5 с выходов разрядов блока 4 преобразования временных интервалов в код — в блоке 10 индикации, причем

35 (Ti + Z х ) = l o < T i — 1; 0 < Tх 5 Тсмакс, где r - — основной временной интервал измерений в (i-1)-ом пределе, При использовании расходомера в составе регулирующей или информационной

40 системы прием кодов значений Qм и соответственно с шин 21 и 23 осуществляется системой по переходу "10" на шине 22.

Таким образом, в данном расходомере исключена составляющая погрешности измерений от дискретности заполнения временного интервала измерений т; выходным сигналом преобразователя расхода, поскольку алгоритм выполнения измерений расхода построен таким образом, что во временном интервале осреднения т укладывается целое количество периодов сигнала преобразователя расхода. Кроме того, это определяет значительное снижение погрешности измерений мгновенных или высокочастотных пульсирующих расходов (где используются малые времена измерений, соответствующие небольшим количествам периодов сигнала преобразователя расхода), поскольку предельное значение состав1744482

12 ляющей погрешности измерений от дискретности плюс — минус один период сигнала преобразователя расхода.

Использование такого расходомера в составе системы измерений (СИ) при проведении испытаний изделий за счет ег0 Bblcoкой точности позволяет сократить количество испытаний.

2) д) е) Риг. 2

Составитель Ю.А. Курдюмов

Техред М.Моргонтал Корректор Э.Лончакова

Редактор Н.Швыдкая

Заказ 2187 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Формула изобретения

Расходомер, содержащий последовательно соединенные преобразователи расхода, блок измерения частоты, блок сравнения кодов, шифратор, первый сумматор, регистр и первый блок индикации, последовательно соединенные преобразователь плотности, кодовый преобразователь и второй сумматор. группа выходов которого соединена с второй группой входов первого сумматора, а вход записи — с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера и входом запуска блока формирования временных интервалов. группа входов которого соединена с информационными выходами блока измерений частоты, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены компаратор, последовательно соеди5 ненные блок преобразования временных интервалов в код, дешифратор и второй блок индикации, а также формирователь импульсов и первый и второй блоки выделения первого импульса, причем вход компарато10 ра соединен с выходом преобразователя. расхода, а его выход — с вторым входом элемента И и входами первого и второго блоков выделения первого импульса, выходы которых соединены с входами триггера, 15 выход которого соединен с входом записи регистра и входом блока преобразования временного интервала в код, выход блока формирования временных интервалов через формирователь импульсов соединен с

20 входом запуска второго блока выделения первого импульса, вход запуска первого блока выделения первого импульса соединен с входом установки второго сумматора и выходом кодового преобразователя.