Вибрационный преобразователь расхода

Вибрационный преобразователь расхода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для измерения расхода жидкостей и сжатых газов при ведении коммерческих расчетов, а также в системах автоматического управления технологическими процессами. Сущность изобретения: устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения колебаний и два узла 3, 4 съема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний , два блока 6, 7 формирования сигнала , генератор 8 тактовых импульсов, счетчик 9 импульсов, инвертор 10, RC-триггер 11, переключатель 12, временной интегратор 13. электромагнитный ключ 14, RC-фильтр 15, преобразователь 16 напряжение-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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 F 1/84

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891926/10 (2 ) 17.12.90 (46) 15.02.93. Бюл. N 6 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИ Теплоприбор" (72) А. А. Шкурин и С. А. Золотаревский (56) Авторское свидетельство СССР

N 587768, кл. G 01 Р 1/00, 1978, Патент CLUA N -4777833, кл. G 01 F 1/84, 19р8. (54) ВИБРАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЬ=„ЛЬ РАСХОДА (57) Использование: для измерения расхода жидкостей и сжатых газов при ведении ком.мерческих расчетов, а также в системах ав"Ы„„1795292 Al томатического управления технологическими процессами, Сущность изобретения: устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения колебаний и два узла 3, 4 сьема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний, два блока 6, 7 формирования сигнала, генератор 8 тактовых импульсов, счетчик 9 импульсов, инвертор 10, RC-триггер 11, переключатель 12, временной интегратор 13, электромагнитный ключ 14, RC-фильтр 15, преобразователь 16 напряжение-частота, блок 17 компенсации температуры и датчик 18 температуры, 4-.? — 13-14-15-16, 3 — 6 — 13, 8 — 9 — 11, 10-11, 36 — 5 — 2, 18-17-16, 7-9. 2 ил.

1795292

Изобретение о носится к приборостроению и может быть использовано для измерения массового расхода жидкостей и сжатых газов при ведении коммерческих расчетов, а также в системах автоматического управления технологическими процессами.

Известен вибрационный массовый расходомер, содержащий чувствительный элемент в виде укрепленном в потоке на упругом подвесе вибрирующего полого тела, узел возбуждения колебаний, датчик скорости вибрации чувствительного элемента (адаптер), усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенного между адаптером и узлом возбуждения колебаний, подключенный к адаптеру преобразователь частоты вибрации с чувствительного элемента и блок автоматического регулирования и управления (АРУ), 20 подключенный к адаптеру и усилителю, причем к преобразователю частоты вибрации чувствительного элемента подключен преобразователь напряжения в частоту, снабженный корректорами нуля и крутизны преобразования, а к выходу блока АРУ подсоединен преобразователь напряжения в частоту, снабженный корректорами нуля и крутизны преобразования; при этом поперечное сечение чувствительного элемента ЭО выполнено эллиптическим или прямоугольным, а упругий подвес снабжен ребрами жесткости.

Недостатком данного устройства является низкая точность, обусловленная низ- З5 кой добротностью резонатора — упругого патрубка и влиянием внешней вибрации на метрологические характеристики данного устройства из-за консольного расположения центра тяжести резонатора относитель- 40 но места его крепления к корпусу.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вибрационный преобразователь расхода, содержащий 45 первичный преобразователь, выполненный на закрепленных s корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний, первым и вторым узлом съема сигнала и 50 электронный преобразователь, состоящий из блока стабилизации амплитуды колебаний, первый выход которого соединен с узлом возбуждения колебаний, первого блока формирования сигнала, вход которого сое- 55 динен с первым узлом съема сигнала, а первый выход с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формирования сигнала, вход которого соединен со вторым узлом съема сигнала, временного интегратора, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго блоков формирования сигнала соответственно, выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронномуключу, RC-фильтру, и первому входу преобразователя "напряжение-частота", выход которого является выходом устройства, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а вход блока компенсации температуры подключен к датчику температуры, Недостатком обоих устройств является невозможность корректировки крутизны преобразования расходомера без подачи эталонного расхода через датчик расходомера, что в 2 и более раз снижает точность измерения расхода и приводит к необходимости уменьшения межповерочного интервала.

Цель изобретения — повышение точности измерения расхода при увеличении межповерочного интервала.

Поставленная цель достигается 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 возбуждения колебаний, первым и вторым узлами сьема сигнала и электронный преобразователь, состоящий из блока стабилизации амплитуды колебаний, первый выход которого соединен с узлом возбуждения колебаний, первого блока формирования сигнала, вход которого соединен с первым узлом сьема сигнала, а первый выход — с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формирования сигнала, вход которого соединен со вторым узлом съема сигнала, временного интегратора, первый вход которого соединен с выходом первого блока формирования сигнала, причем выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру и преобразователю "напряжение-частота", второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а выход является выходом устройства, вход блока компенсациитемпературы подключен к датчику температуры, в электронный преобразователь дополнительно введены генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, RSтриггер, инвертор и переключатель, причем тактируемый вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго блока формирования сигнала соединен с входом инвертора, разрешающим входом счетчика импульсов и через замкнутый контакт переключателя со вторым входом временного интегратора, а выход счетчика импульсов соединен с е;о входом сброса и с S-входом

RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу инверторэ. выход RS-триггера через нормально разомкнутый контакт переключателя связан со вторым входом временного интегратора.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; нэ фиг. 2 — циклогрэмма, поясняющая его работу.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит первичный преобразователь 1, включающий в себя узел возбуждения колебаний 2 и узлы сьема сигнала 3 и 4, блок стабилизации амплитуды колебаний 5, блоки формирования сигнала 6; 7, генератор тактовых импульсов 8, счетчик импульсов 9, инвертор 10, RS-триггер 11, переключатель

12, временной интегратор 13, электронный ключ 14, RC-фильтр 15, преобразователь

"напряжение — частота" 16, блок компенсации температуры 17 и датчик температуры

18. Причем узлы съема сигналов 3 и 4 соединены соответственно с входами блоков 6 и

7, первый выход блока 6 соединен с входом блока 5, а его выход с узлом возбуждения колебаний 2; Выход блока 6 соединен со вторым входом временного интегратора 13, э выход блока 7 соединен с входом инвертора 10, разрешающим входом счетчика импульсов 9 и через нормально замкнутый контакт переключателя 12 с 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, э его R-вход подключен к выходу инвертора

10, вы:;од RS-триггера через нормально замкнутый контакт переключателя 12 связан с первым входом временного интегратора 13, а его выход подключен к последовательно соединенным электронному ключу 14, RCфильтру 15 и первому входу преобразователя "напряжение — частота" 16, Второй вход преобразователя 16 соединен с выходом блока компенсации температуры 17, а вход блока 17 с датчиком температуры 18. Выход преобразователя "напряжение — частота" 16 является выходом устройства, На фиг, 2 изображены:

19, 20 — сигналы на выходе узлов съема сигнала 3 и 4; 21, 22 — сигналы на выходах блоков нормирования сигнала 6, 7; 23 — сигнал на выходе инвертора; 24 — логическая разность сигналов блоков 6, 7; 27 — то же, в режиме "градуировка"; 25 — сигнал на выхо10

40

55 де счетчика импульсов; 26 — сигнал на выходе RS-триггера, Устроистао работает следующим образом, 5 Узел возбуждения колеГ>ании 2, узел съема сигнала .3 и блоки 5, 6 образуют контур положительной обратной связи, возбуждающий колебание трубопроводов первичного преобразователя, Выходные сигналы узлов съема сигнала 3, 4 (соответственно циклограммы 19, 20 на фиг, 2) поступают на вход блоков формирования сигнала

6, 7, где происходит их сравнениЕ с опорным напряжением Чоп. В результате срав5 нения формируются промежуточные сигналы (циклограммы 21, 22 соответственно), причем временной сдвиг между сигналами 21, 22 представляет собой сдвиг между колебаниями трубопроводов, пропорциональный измеряемому расходу. Сигнал с выхода блока формирования сигнала 6 поступает на второй вход временного интегратора 13, а с выхода блока формирования сигнала 7 на разрешающий вход счетчика импульсов 9, на вход инвертора 10 и на нормально замкнутый контакт переключателя 12; при установке переключателя 12 в положение 1 (" Работа" ) сигналы 19, 20 передаются на временной иктегратор 13, где осуществляется логическое вычитание входных сигналов — формирование г1 и т2 (циклограмма 24) и иктегрирование полученного результата. По окончании периода (Тл) замыкается электронный ключ 14, подключая выход временного интегратора 13 к RCфильтру 15, где осуществляется сглаживание напряжения, пропорционального временному сдвигу (измеряемому расходу).

Операция повторяется каждый период Тл.

Таким образом, выходное напряжение пропорционально разности длительности импульсов r> и 72. При нулевом расходе

t> и г2. С выхода RC- фильтра напряжение подается на первый вход преобразователя

"напряжение — частота" 15, осуществляющий преобразование входного напряжения в частоту, пропорциональную измеряемому расходу. На второй вход с блока компенсации температуры 17 поступает напряжение, пропорциональное температуре среды в трубопроводах первичного преобразователя. Выход преобразователя "напряжение— частота" является выходом электронного преобразователя.

При установке переключателя 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

1795292 тактовых импульсов 8, С появлением лог,.1 на выходе счетчика импульсов 9 (цикпогрэмма 25) счетчик импульсов сбрасывается, на выходе RS-триггера 11 устанавливается лог.1. По окончании импульса (циклограмма

22) на выходе блока 7 на выходе инвертора

10 устанавливается сигнал лог. 1 (циклограмма 23), обнуляющий RS-триггер 11.

Таким образом, длительность импульса с выхода блока 7 укорачивается на величину тз, пропорциональную коэффициенту деления (Кя) счетчика импульсов 9 и тактовой частоте (тт) генератора тактовых импульсов

8 (T3 = fT Kg), при этом напряжение на выходе временного интегратора 13 будет пропорционально разности сигналов тт и г

1 (циклограмма 27). Т,к. тт больше гт на поI стоянную величину тз на выходе временного интегратора 13 будет напряжение, пропорциональное длительности тз, а на выходе устройства частота fg rj.

В этом режиме осуществляется корректировка градуировочной характеристики электронного преобразователя.

Влияние первичного преобразователя 1 на крутизну преобразования проявляется только при изменении температуры измеряемой среды за счет изменения модуля упругости материала трубопроводов. Это изменение компенсируется блоком компенсации температуры 17. При алгоритме обработки сигнала fc т1-т2 блоки формирования 5 и 6 не оказывают влияния на крутизну преобразования, т.к. при возможных изменениях амплитуд входных сигналов и опорных напряжений разность тт и т остается постоянной. Основное влияние на крутизну преобразования оказывает канал преобразования сигналов т1 и т2 в напряжение и затем в частоту. Приведенное устройство позволяет устанавливать коэффициент преобразования без подачи эталонного расхода как угодно часто, раз к сутки или, например, при измерении температуры окружающей среды, т.к. не учтенное изменение крутизны преобразования может происходить только в электронном преобразователе, Эксперименты и анализ конструкции первичных преобразователей показал, что при максимальном расходе временной сдвиг между узлами съема сигнала 2 и 3 составляет 200-300 мкс, Изменением fò и Kg устанавливается тз близким к верхнему пределу конкретного первичного преобразователя.

Практически это делается следующим образом. Устанавливается максимальный расход через первичный преобразователь 1, 50 нен с выходом первого блока формирования сигнала, причем выход временного интегрэтора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру и преобразователю напряжение-частота, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а выход является выходом устройства, вход блока компенсации температуры подключен к датчику температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при уве5

45 затем изменением крутизны преобразования устанавливается fg, соответствующие максимальному расходу, затем переключатель 12 устанавливается в положение II (Градуировка") и подстройкой коэффициента деления счетчика импульсов 9 (грубо) и частоты тактового генератора 8 (плавно) устанавливается f

После этого значение частоты игр записывается в паспорт расходомера, Крутизна преобразования расходомера при эксплуатации устанавливается в режиме

"Градуироака" установкой частоты fry, соответствующей паспортному значению на данный комплект расходомера

Дополнительные элементы B разработанном и испытанном образце выполнены на элемейтах 561 и 555 серии, в частности: генератор тактовых импульсов (fT=10

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 точности измерения расхода в 2 и более раз и увепичение.межповерочного интервала с 1 года до 3 — 4 лет за счет обеспечения возможности регулярной подстройки крутизны преобразования расходомера без подачи нормирующего расхода

Формула изобретения

Вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде закрепленных в корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и первым и вторыми узлами сьема сигнала, электронный преобразователь, состоящий из блока стабилизации амплитуды колебаний, первый выход которого соединен с узлом возбуждения колебаний, первого блока формирования сигнала, вход которого соединен с первым узлом съема сигнала, а первый выход — с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формирования сигнала, вход которого соединен с вторым узлом съема сигнала, временного интегратора, первый вход которого соеди1795292

Фиг 2

Составитель А.Шкурин

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðîâà

Редактор

Заказ 423 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 личении 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 формирования сигнала соединен с входом инверторэ, разрешающим входом счетчика импульсов и через нормально замкнутый контакт переключателя с вторым входом временного интегратора, а выход счетчика импульсов соединен с его входом

5 сброса и с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу инвертора, выход RS-триггера через нормально разомкнутый контакт переключателя связан с вторым входом временного интегратора.