Устройство для вычисления расхода жидкости в единицах массы Советский патент 1983 года по МПК G06F17/00 G01F3/00 

Изобретение относится к вычислительной и измерителБной технике.

Известно устройство Cl1 / содержащее расходомеры и предназначенное для измерения расхода Q, в единицах массы, реализующее алгоритм деления сигнала измерителя величины скоростного напора Р потока жидкости на величину объемного расхода Qv измеряемую при помощи расходомера. Конструктивно совместно с объемным расходом целесообразно измерять не скоростной напор, а осевую силу,

.связанную со скоростным напором нелинейной зависимость. При этом связь выходного сигнала датчика осевой силы (частота импульсов F ) с величиной скоростного напора может быть представлена при помощи разлог жения в стенной ряд, или, ограничиваясь членами до второго порядка, Р - Ьв+ Ь;| F + b F Принимая, что выходной сигнал тахометричёского расходомера (частота импульсов f) связан с величиной объемного расхода линейной, зависимостью

QV 3,,+ ,

видим, что получение результата из- кюрения расхода в единицах массы

требует вычисления выражения

bd+ + ba.F

(и

м о + If

, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство , содержащее три счетчика импульсов, генератор стабильной частоты, преобразователи десятичного кода в двоично-десятичнЁ.- ыюк ввода

10 времени измерения, блока ввода числа, формирователь ййпульса запуска, объемный расходомер, блок индикации и элементы И, НЕ, с помсэдыо которых формируется интервал измерения и за15висящее от величины частоты сигнала датчика приршцёяке интервала измерения, заполняемые частотным сигналом этого же датчика, и реализующее квадратичную зависимость

20

К недостаткам известного устройства относится то, что, интервал измерения в нем в значительной степени определяется величинами коэффициентов аппроксимирующего уравнения (т.е.

25 параметрами датчика), что при существующем их разбросе приводит к недопустимому отличию интервала измерения у различных измерителей, а также то, что функциональная зависи30мость, вычисляемая известным устройством, не позволяет применять его при измерении расхода жидкости в единицах массы. Цель изобретения - расширение фу кциональных возможностей и повышение точности путем устранения зависимости интервала измерения от пара метров датчиков. I Поставленная цель достигается те что в устройство, содержащее первый счетчик, выход второго подключен к первым входам первого элемента И и первого элемента И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входом первого счетчика и с первым вхо дом второго счетчика, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, выход второго счетчика соединен с первыми входами второго элеме1рга И и второго элемента И-НЕ, второй вход которого и второй вход первого элемента И-НЕ соединены с первым информационным входом устрой ства, генератор эталонной частоты и третий счетчик, введены четыре счетчика, три делителя, три триггера, элемент задержки, элементы И, ИЛИ, причем первый вход третьего элемента И является вторым информационным входом устройства, выход первого триггера подключен к первому входу четвертого элемента И, к второму входу третьего элемента И и к третьим входам первого и второг элементов И-НЕ, третий вход третьег элемента И и первые входы пятого элемента И и элемента ИЛИ соединены с выходом четвертого счетчика, вход которого подключен к выходу пятого элемента И, второй вход которого и первый вход первого делителя соединены с выходом первого счетчика, третий вход пятого элемента И и вторые входы элемента ИЛИ, первого делителя и первого элемента И подкл чены к выходу четвертого элемента И второй вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, выход третьего элемента И подключен к входу пятого счетчика, выход ко-, торого соединен с первым входом шестого счетчика, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход шестого счетчика соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов и, второго триггера- и с входом элемента задерж ки, третий вход шестого счетчика и вход второго делителя подключены к выходу элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второго счетчика, выход второго делителя подключен к первым входам третьего делителя и восьмого элемента И, второй вход которого и второй вход .пестого элемента И соединены с первым выходом второго триггера, вторб выход которого подключен к вторым входс1м седьмого элемента И и третьего делителя, выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И-НЕ, а выход - к первому входу третьего счетчика, второй .вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый выход третьего счетчика соединен с первым входом тоетьего триггера, выход которого подключен к второму входу второго триггера, второй выход третьего счетчика соединен с первым входом первого триггера, вторые входы первого и третьего триггеров соединены с управляющим входом устройства, первый и второй входы седьмого счетчика соединены соответственно с выходами шестого и седьмого элементов И, выход первого делителя подключен к второму входу второго элемента И. На чертеже изображена схема устройства. Схема включает счетчик 1, элементы И 2 и 3, счетчик 4, элемент И-НЕ 5, счетчик б, датчик 7 осевой силы, делитель 8, элемент И 9, элемент ИЛИ 10, элемент И-НЕ 11, счетчик 12, генератор 13 этсшонной частоты, элемент И 14, счетчик 15, элемент И 16, делители 17 и 18, элемент И 19, элемент задержки 20, счетчик 21, датчик 22 объемного расхода, элементы И 23, 24 и 25, счетчик 26, триггеры 27 и 28, источник 29 сигнала пуска и триггер 30. Устройство вычисляет зависимость, тождественную исходному выражению (1) где коэффициенты а, а , Ь, Ь и Ь предполагаются известными, а величина интервала измерения Т выбрана, исходя из требуемой точности измерения, чувствительности датчиков и т.п. Выбор вспомогательных констант FJJ и ЛТ будет обоснован ниже. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 30 закрывает логические схемы 5, 11, 14 и 23, в счетчики 1 и 4 заносятся дополнительные коды чисел (Tf) и UTfjjfj ) соответственно, в счетчик 21 - код п, -(т + лТ) , в счетчик 6код (-РдТ), счетчик 12 сбрасывается в О, в счетчик 15 заносится код п sboT/{b + , ) , старшие разряды счетчика 26 полностью заполняются, а младшие устанавливаются в ноль. По команде Пуск срабатывает триггер 30, открывая элементы 5, 11 14 и 23, и начинается заполнение счетчика 1 импульсами частотой генератора 13, счетчика 21 - импуль сами частотой f датчика 22, счетчиков 6 и 15 - импульсами датчика 7 частотой F. Срабатывают также и триггеры 27 и 28, открывая элементы 19 и 24, стопоря делитель 18 и закрывая элемент 25. Через интервал времени Т переполняется счетчик 1 и перепад напряжени;я с его выхода открывает элемент 3, расстопоривает делитель 8 и закрывает элементы 2 и 5. К этому моменту времени состояние счетчика 6 равно (FT - ) и, таким образом, для сформирования ин тервала времени йТ достаточно импульсами с чэистотой (т- + ,) полностью Ь± о . вычесть этот код в соответствии с в ражениями (2) и (3). Частота (т- + Fp с целью получения простой схемы фор мируется из опорной частоты f генератора 13 делением на одно-двузна ное целое число. -С другой стороны. позволяет избе соотношение FQ жать дополнительного реверсирования счетчика 15, эквивалентного уменьше нию Т. Эти требования выполняются при выборе {К- + F-) как ближайшего Вг. ( + wiJ снизу числа из ряда где k - целое число, 1 k 99, а fgn одна из опорных частот Таким образом, пропуская по окончании времени Т на вычитающий вход ,1 счетчика 21 импульсы частотой , а на вход счетчика 4 - импульсы час тотой fpy, , сформируем ДТу и ЛТ, а следовательно, и числитель, и знаменатель дроби выражения (З) в счетчиках 15 и 21 соответственно. Высокая точность вычисления расхода возможна при таком выборе величины интервала измерения и чувствительности датчиков, при котором числитель и знаменатель указанной дроби вычисляются с достаточным (и приблизитель ло равным) количеством значащих цифр Соответствующим образом выбирается и количество значащих цифр достоянного koэффициeнтa С. Метод последовательных вычитаний, применяемый обычно для выполнения множительноделительной операции, требует в этих условиях очень много времени. А выбо ром вспомогательной константы бТ время вычисления можно значительно уменьшить. Для этого выбираем ДТ таким образом, что г (buFp + Ь) (Т + ЛТ) и С гт-р , t где тип- целые числа, 1 « m 5 99; g - основание системы счисления (10 или 2), в которой считает счетчик 26. Это позволяет вычислять старшие и младшие разряды результата отдельно и во много раз ускорить вычисление. При выборе йТ следует также помнить, что числитель и знаменатель дроби соотношения (З) должны быть измерены приблизительно за один и тот же интервал времени, т.е. ЛТ должно быть близким к дТ , например, находиться внутри интервала изменения ЛТ : ЛТ Тл.гу1сах. После сформирования числителя и знаменателя открывается элемент ИЛИ 10 и импульсы генератора 13 поступают на вход вычитания счетчика 12 и через делитель 17 и элемент 19 - на вход вычитания счетчика 15. Счетчик 12 сразу же переполняется и первым импульсом переполнения через элемент задержки 20 записывает в себя код счетчика 21 и через элемент И 24 добавляет единицу в старшие разряды счетчика 26, т.е. обнуляет его. Далее счетчик 26 производит счет числа переполнения счетчика 12 до появления на выходе переполнения вычитанием счетчика 15 импульса, который опрокинет триггер 28 сразу же, а триггер 27 - в момент прихода первого последующего (лишнего) импульса переполнения счетчика 12, Таким образом, если численное значение выражения (3) представить в виде (05( П4) , где п - количество младших разрядов счетчика 26, то после опрокидывания триггера 27 в счетчике 26 будет записано число (п.+ Dg, а в счетчике 15 ((пъ+ l)Ni1 числитеN - знаменателя дроби выражеНИН (3), а фигурные скобки обозначают целую часть числа. После срабатывания триггера 27 закрываются элементы 19 и 24, открывается элемент И 25 и .переводится в рабочее состояние делитель 18 с коэффициентом деления , импульсы с выхода которого поступают на вход суммирования счетчика 15, через элемент И 16 до переполнения счетчика о входу суммирования. За это время счетчик 12 переполни-тся -t CnvL 1)Мз раз, столько же импульсов поступит и на вход вычитания младших разрядов счетчика 26. Ошибка выполнения множительно|делительной оп эации rtMiW y J,h,()Ma (Vi%M)Na| (Г1нгИ)Ма Uvi%M) JN,, 1ГИ jj I i --.; I - IT 1 TI- I . .. J- и .... J Ц «2 ) нг j содержит две составляющие, первая из которых не превышает единицы млад шего разряда результата (дискретност результата), вторую удобнее оценить относительным значением, которое не превышает гг (дискретность числителя) NI Импульс переполнения с выхода счетчика 15 опрокидывает триггер 30, который прекращает вычисление. Таким образом, точность вычислени числителя, знаменателя и их отношения с умножением на постоянный козффицйент ограничивается соответствующими погрешностями от дискретности, величины которых благодаря свободе выбора интервала измерения Т уменьшаются до требуемых значений. Использова«ие предлагаемого устройства позволяет с высокой точность производить измерение расхода жидкос ти в единицах массы, минуя непосредственное измерение плотности жидкоети, что дает весомый выигрыш в простоте конструкции. На выбор интервала измерения не влияет разброс параметров датчиков, что позволяет выбирать величину интервала более обоснованно и одинаковой для различных датчиков. Устройство постоянно хранит в своей памяти все параметры датчиков, допуская их корректировку по результатам проверки. Реализуя довольно сложную вычислительную процедуру , устройство повышает точность измерения или расширяет диапазон работы и одновременно автоматизирует процесс измерения, что повышает производительность труда и позволяет избежать субъективных ошибок измерений, т.е. повысить их достоверност Формула изобретения Устройство для вычисления расхода жидкости в единицах массы, содержащее первый счетчик, выход которого подключен к первым входам первого элемента И и первого элемента И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входом первого счетчика и с первым входом второго счетчика, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, выход второгр счетчика соединен с первыми входами второго элемента И и второго элемента И-НЕ, второй вход которого и второй вход первого элемента И-НЕ соединены с первым информационным входом: устройства, генератор эталонной частоты и третий счетчик, отличающееся тем, что, с целью повыиения точности измерения параметров датчиков, в него введены четыре счетчика, три делителя, три триггера, элемент задержки, элементы И, ИЛИ, причем первый вход третьего элемента И является вторым информационным входом устройства, выход первого триггера подключен к первому входу четвертого элемента И, к второму входу третьего элемента И и к третьим входам первого и второго элементов И-НЕ, третий вход третьего элемента И и первые входы пятого элемента И и элемента ИЛИ соединены с выходом четвертого счетчика, вход .которого подключен к выходу пятого элемента И, второй вход которого и первый вход первого делителя соединены с выходом первого счетчика, третий вход пятого элемента И и вторые входы элемента ИЛИ, первого делителя и первого элемента И подкпюченй к выходу четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, выход третьего элемента И подключен к входу пятого счетчика, выход которого соединен с первым входом шестого счетчика, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход шестого счётчика соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов и, второго триггера и с входом элемента задержкир третий вход шестого счетчика и вход второго делителя подключены к выходу элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходрм второго счетчика, выход второго делителя подключен к первым входам третьего делителя и восьмого элемента И, второй вход которого и второй вход шестого элемента И соединены с первым выходом второго триггера, второй выход которого подключен к вторым входам седьмого элемента И и третьего делителя, выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И-НЕ, а выход - к первому входу третьего счетчика, второй вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый выход третьего счетчика соединен с первым входом третьего триггера, выход которого подключен к второму входу второго триггера, второй выход третьего счетчика соединен с первым входом первого триггера, вторые входы первого и третьего триггеров соединены с управляющим входом устройства, первый и второй входы седьмого счетчика соединены соответственно с выходами шестого и седьмого элементов И, выкод первого делителя подключен к второму входу второго элемента И. Источники информации, внимание при экспертизе принятые во 1. Боиняк Л. Л. и др. Тахометрические расходомеры. Л., Мгшшностроение, 1968, с.197. 2. Авторское свидетельство СССР 858005, кл. G 06 F 15/46, 1979 (прототип).