СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01F1/704 G01F1/68 

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.

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.

Известное устройство для осуществления известного способа содержит электронагреваемый элемент и измеритель температуры, вырабатывающий сигнал в зависимости от температуры.

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.

Наиболее близкими к заявляемым по технической сущности являются способ и устройство измерения расхода, описанные в [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.

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.

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.

Недостатком известных технических решений является их сложность, обусловленная причинами, указанными выше.

Целью заявляемых способа измерения расхода жидких и газообразных сред и устройства для его осуществления является упрощение средств измерения.

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.

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.

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.

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.

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.

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".

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".

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 представлен схематично процесс прохождения метки по измерительному участку.

Заявляемый способ измерения расхода жидких и газообразных сред заключается в следующем.

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.

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.

Конструктивно устройство выполнено следующим образом.

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.

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.

Делитель 6 частоты выполнен на микросхемах 561ИЕ16, счетчик 7 числа импульсов - электромеханического типа.

Способ измерения расхода жидких и газообразных сред осуществляется с помощью описанного выше устройства следующим образом.

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.

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.

В сравнении с прототипом заявляемые способ и устройство более просты в осуществлении.

Использование: для измерения расхода жидкостей и газов с использованием метки внутри текучей среды в химической промышленности, коммунальном хозяйстве и т.п. Сущность: поток измеряемой среды пропускают через измерительный участок трубопровода, непрерывно формируют на входе участка метку в виде аномальной области, регистрируют ее на выходе участка, при появлении на выходе сигнала регистрации ее начала подают этот сигнал на вход формирователя метки, по нему прекращают формирование метки на входе до момента появления сигнала регистрации ее конца на выходе участка, затем формируют ее снова и определяют расход среды по частоте следования метки. Устройство содержит измерительный участок трубопровода, на выходе которого установлен формирователь метки, 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, выход компаратора подключен к входу формирователя метки и к выходу схемы измерения, состоящей из последовательно соединенных делителя частоты и счетчика числа импульсов. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения расхода жидких и газообразных сред, заключающийся в том, что поток измеряемой среды пропускают через измерительный участок трубопровода, формируют на входе участка метку в виде аномальной обмотки, регистрируют ее на выходе участка, подают сигнал регистрации на вход формирования метки и определяют расход среды по частоте следования метки, отличающийся тем, что метку на входе измерительного участка формируют непрерывно до момента появления сигнала регистрации начала метки на выходе участка и формируют ее непрерывно снова после появления сигнала регистрации конца метки на выходе участка. 2. Устройство измерения расхода жидких и газообразных сред, содержащее 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, отличающееся тем, что перед формирователем метки на входе измерительного участка установлен опорных датчик, выход которого подключен к 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.