Устройство для бесконтактного измерения скорости перемещения пленки в пузырьковых расходомерах Советский патент 1984 года по МПК G01P3/50 

Изобретение предназначено для бес контактного измерения скорости переме1иения пленки и может быть использо вано в пузырьковых расходомерах.

Известно устройство для бесконтактного измерения скорости перемещения объекта, которое содержит два датчика, расположенные на пути движения объекта, выходы которых связаны с измерителем временного интервала. Каждый датчик содержит источник и приемник излучения 1.

Недостатком данного устройства является то, что в пределах рабочей зоны должен находиться один измеряемый объект. Данное условие не выполняется при измерении скорости перемещения пленки в пузырьковом расходомере .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для бесконтактного измерения скорости перемещенияр которое содержит первый, второй и третий датчики, входы которых подключены к выходу генератора, первый и второй детекторы, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков 2.

Недостатком известного устройства для бесконтактного измерения скорости перемещения является низкая точность в случае применения его для измерения скорости движения пленки в пузырьковых расходомерах, для которых характерно наличие нескольких пленок (объектов измерения в пределах рабочего отрезка между двумя датчиками. Кроме того, для пленок характерна малая толщина, что снижает точность фиксирования их положения датчиками, основанными на изменении амплитуды выходного сигнала при появлении в зоне их действия изменяемых объектов.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости перемещения пленки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый, второй и третий датчики, входы которых связаны с выходомгенератора, первый и второй детекторы, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков, дополнительно введены третий детектор, вход которого связан с выходом третьего датчика, счетчик, триггер, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ, измеритель временного интервала, первый и второй формирователи временных интерна-iiOB, первые входы которых объединены и подключены к выходу триггерар первый вход которого объединен с лервым входом счетчика и связан с выходом первого детектора, а второй лход триггера - с выходом элемента .

ИЛИ, первый вход которого связан с первым выходом первого формирователя временного интервала, второй вход которого подключен к второму входу второго Формирователя временного интервала, а второй вход первого формирователя временного интервала объединен с первым входом измерителя временного интервала и подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу триггера, а второй вход первого элемента И - к выходу второго детектора, к которому также подключен второй вход счетчика, выходы которого подключены к соответствующему числу вторых входов элемента ИЛИ, тр€этий вход которого подключен к выходу второго формирователя временного интервала, связанному также с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего детектора, а выход второго элемента И - к второму входу измерителя временного интервала, кроме того, управляющие входы первого, второго и третьего детекторов подключены к выходу генератора, а каждый датчик выполнен в виде двух включенных встречно-параллельно светодиодов .одна общая точка которых соединена с катодом Фотодиода, другая является входом датчика, при этом анод Лотодиода является выходом датчика.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения скорости перемещения пленки} на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства для измерения скорости перемещения.

В устройстве для бесконтактного измерения скорости перемещения выходы первого, второго и третьего датчиков 1-3 подключены к первым входам соответственно первого, вто-рого и третьего детекторов 4-6, вторые входы которых, а также входы датчиков подключены к выходу генератора 7. Выход первого детектора подключен к первым входа счетчика 8 и триггера 9, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 10, а выход - к первому зходу первого элемента 11 И, второй вход которого подключен к выходу второго детектора 5 и к второму входу счетчи,ка 8. Выход триггера 9 подключен также к первым входам первого формирователя 12 временного интервала и второго формирователя :13 временного интервала. Первый первого формирователя 12 временного интервала подключен к выходу первого элемента. 11 И, подключенному также к первому входу измерителя временного интервала 14. Группа вторых входов элемента ИЛИ 10 подключена к группе выходов счетчика 3. Второй вход второго формирователя 13 временного интервала подключен к второму выходу первого формирователя 12 временного интервала, а выход - к третьему входу элемента ИЛИ 10 и к первому входу второго элемента И 15. Второй вход второго элемента И 15 подключен к выходу третьего детектора 6, а выход - к второму входу измерителя 14 временного интервала. Первый выход формирователя 12 первого временного интервала, подключен ; первому входу элемента ИЛИ 10. Каждый из датчиков 1-3 содержит два включенных встречно-параллельно светодиода 16 и 17, одна общая точт ка которых является входом датчика, а другая соединена с общей шиной устройства, и катодом фотодиода 18, анод которого является выходом датчика. Устройство для бесконтактного измерения скорости перемещения пленки в пузырьковом расходомере работает следующим образом. Пленка, движущаяся под действием потока газа по трубке, поочередно проходит через датчики 1-3, расположенные в точках с координатами X, (Фиг.2 а При этом на выходах детекторов 4-6 появляются импуль сы (фиг. 2 б,в,г). Каждый выходной импульс детектора 4, поступая на первый вход счетчика 8, увеличивает содержащееся в нем число на единицу Данное число уменьшается на единицу при поступлении импульса на второй вход счетчика 8 с выхода второго детектора 5. Таким образом, в счетчике 8 содержится число Hc N -N2;. (1) где ГЦ и 2 соответственно числ импульсов, поступив шее на первый и вто рой входы. На выходах счетчика 8 появляется информация о его состоянии, предста ленная двоичным кодом. Информация о младшем разряде этого кода на выход счетчика 8 не поступает. Поэтому импульсы на выходах счетчиков по являются только в случае Пройдя через элемент ИЛИ 10, эти импульсы поступают на второй вход триггера 9 и устанавливают его в ну левое состояние. Поступая на первый вход триггера 9, выходные импульсы детектора 4 переводят его в единичное состояние (фиг.2 д), при услови отсутствия на его втором входе импульсов элемента ИЛИ 8, т.е., если N..i 1. При этом импульс с выхода три гера 9 поступает на первые входы первого и второго формирователей 12 и 13 временных интервалов. В мрмент пленка проходит точку второго датчика 2 с координатой Xj, импульс с выхода второго датчика 2, пройдя через первый элемент 11 И, поступает на второй вход первого формирователя 12 временного интервала. При этом на его первом выходе выделяется Импульс (фиг.2 е), поступивший через элемент ИЛИ 10 на второй вход триггера 9, устанавливающий триггер 9 в нулевое положение (фиг.2 д). В этот момент в первом и втором формирователях 12 и 13 фиксируется нулевой временной интервал Т, равный времени прохождения пленкой расстояния от точки Х до точки Ху (фиг. 2 а) . Начиная с этого момента, в.. первом формирователе 12 производится формирование первого временного интервала Т. Первый временной интервал Т формируется таким обрдзом, что при любой величине нулевого временного интервала Т выполняется равенство 1 . / По окончании первого временного интервала на втором выходе первого формирователя 12 выделяется импульс (фиг. 2 ж ), поступаю ий на второй вход второго (Формирователя 13. Начиная с этого момента, на втором формирователе 13 формируется времеН7 ной интервал Т2(Лиг.2 з). Длительности второго временного интервала Т2 и нулевого временного интервала TO равны. Сигнал с выхода второго формирователя 13 (фиг.2 з) поступает на третий вход элемента ИЛИ 10 и первый вход второго элемента И 15. На второй вход второго элемента И 15 поступает сигнал с выхода третьего детектора б (фиг.2 г). Если момент появления импульса на выходе третьего детектора 6 совпадает с вторым временным интервалом TQ , то на выходе второго элемента И 1-5 появляется импульс (фиг.2 и), который, поступая на второй вход изМерителя временного интервала 14, вызывает его останов. Запуск измерителя временного интервала производится в момент появления импульса на выходе второго детектора 5 (фиг.2 в) при условии единичного состояния триггера 9 (фиг.2 д|. При этом в измерителе 14 временного интервала фиксируется временной интервал Т, соответствующий времени прохождения пленкой отрезка Xj-X, т.е., расстояния между вторым и третьим датчиками 2 и 3. Результат измерения временного интервала Т используется для определения расхода газа, при услоВИИ постоянства рас.хода за время измерения. При работе устройства для бесконтактного измерения скорости перемещения возникают две основные ситуации, связанные с одновременным появлением нескольких пленок между двумя датчиками, 1.Несколько пленок находятся в пределах отрезка Xg-X. В этом случае число N, , содержшдееся в счет.чике 8, равно числу пленок между первым и вторым датчиками 1 и 2. Если Nj.l, сигнал с одного из выходов счетчика 8 проходит через элемент 10 ИЛИ на второй вход триггера 9 и устанавливает его в нулевое положение. При этом через первый элемент 11 И на первый вход измерителя временного интервала 14 запускающий импульс не проходит. Из мерение скорости перемещения пленки не производится. При работе известного устройства в данной ситуации начало и конец измеряемого интервала фиксируется по разным пленкам. Возникает сзгщественная ошибка измерения, пропорциональная расстояни между первой и последней пленками, одновременно находящимися на отрез2.Несколько пленок находится в пределах отрезка . При работе известного устройства определение времени прохождения отрезка К.ведется по любому объекту, проходящему поочередно точки Х2 и Х установки датчиков 2 и 3. При наличии нескольких пленок возникает больша ошибка измерения,пропорциональная ра стоянию между первой и последней плен ками. При работе предлагаемого устройства для бесконтактного измерения скорости перемещения плёнки останов измерителя 14 временного ин;тервала возможен только в течение временного интервала (Фиг 2 з) . При неизменном расходе f газа, подаваемого в пузырьковый расходомер окончанию временного интервала Т в точке X, оказывается плен ка, по которой производились измере ния интервала TQ и запуск измерителя 14 в точке Xj. Так как фиксиро вание интервала TQ производилось при выполнении условия (4t, время прохождения точки Xj пленкой к ближайшей измеряемой равно .Тогда для данной пленки выполняется неравенствоТ Н- уТ -Т 1 2 О Следовательно, момент прохождения данной пленкой не попадает во временной интервал Tj и пленка, идущая перед измеряемой, не вызывает останов измерителя 13 временного интервала. Пленки, за измеряемой пленкой, также не вызывают погрешности измерения скорости, так как к моменту прохождения ими точки Хз измерение временного интервала заканчивается. Из анализа двух рассмотренных си.туаций следует, что наличие нескольких пленок на отрезках , и X Х не вызывает погрешности измерения скорости их перемещения. Это позволяет использовать предлагаемое устройство для бесконтактного измерения скорости перемещения в пузырьковых расходомерах, в которых, велика вероятность одновременного появления нескольких пленок в пределах измерительного отрезка. Применение в устройстве для бесконтактного измерения скорости перемещения датчиков, содержащих два светодиода, включенных встречнопараллельно, и фотодиода позволяет повысить точность фиксирования положения пленок в точках Х.,,Х-,Х пузырькового расходомера. Для объектов измерения - пленок, проходящих по трубке, - характерна малай толщина и относительно невысокая оптическая плотность. Применение двух включенных встречно-парал;;ельно светодиодов 16 и 17 позволяет при подаче на их среднюю точку сигнала от генератора получить два световых потоКа, действующих в противофазе на фотодиод 18, Таким образом, при отсутствии пленки фотодиод воспринимает постоянный световой поток. При появлении пленки в зоне датчиков 1 или 2, 3 на его выходе выделяется сигнал, фаза которого зависит от взаимного расположения пленки светодиодов 16 и 17. Когда пленка проходит точку Х или Xj, происходит изменение фазы сигнала. Так как в качестве детекторов 4-6 использоьаны фазовые детекторы, в эти моменты на их выходах появляются импульсы, свидетельствуккдие о прохождении пленкой точек X,,, Х, Xj . Устройство обеспечивает работоспособность при относительной погрешности сГ Tg , определяемой выражением fi 1 Хг-Х . д. / .. о TO 2. Хз-Х2 Таким образом, применение третьего датчика для формирования измеряемого временного интерв.ала и фазового детектора позволяет суиественно повысить точность измерения рас-хода газа в пузырьковых расходомерах.

фиг. 1

Фе1.г

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЛЕНКИ В ПУЗЫРЬКОВЫХ РАСХОДОМЕРАХ, содержащее первый, второй и третий датчики, входы которых связаны с выходом генератора, первый, второй детекторы, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены третий детектор, вход которого связан с выходом третьего датчика, счетчик, триггер, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ, измеритель временного интервала, первый и второй формирователи временных интервалов, первые входы которых объединены и подключены к выходу триггера, первый вход которого объединен с первым входом счетчика и связан с выходом первого детектора, а второй вход триггера - с выходом эле,мента ИЛИ, первый вход которого связан с первым выходом первого формирователя временного интервала, второй выход которого подключен к второму входу второго формирователя временного интервала, а второй вход первого формирователя временного интервала объединен с первым входом измерителя временного интервгша и подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу триггера, а второй вход первого элемента И - к выходу второго детектора, к которому также подключен второй вход счетчика, выходы которо,го подключены к соответствующему числу вторых входов элемента ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу j второго формирователя временного ин(Л тервала, связанному также с первым входом второго элемента И, второй с вход которого подключен к выходу третьего детектора, а выход второго элемента И - к второму входу измерителя временного интервала, кроме того, управляющие входы первого, второго и третьего детекторов подключены к выходу генератора. ;о 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фиксирования по(У1 ложения пленок, каждый датчик выполсх нен в виде двух включенных встречнопараллельно светодиодов, общая,точка О) которых соединена с катодом фотрдиода, а другая является входом датчика, при этом анод фотодиода является выходом датчика.