Тепловой расходомер Советский патент 1985 года по МПК G01F1/66 

ход компаратора соединен с входом запуска счетчика, подсоединенного своим счетным входом к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого подсоединен к входу таймера, выход компаратора соединен также с синхронизирующим входом триггера, выход которого под16 соединен к триггерному входу компаратора, входу разрядного ключа, выход которого соединен с вторым входом компаратора, и входу схемы задержки и сброса, выход которой соединен с входом схемы управления и с установочным входом триггера.

ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий генератор импульсов тока, нагревательные элементы и термоприемники, измерительный комплекс, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, нагревательные элементы и термоприемники установлены в потоке на поверхностях совпадающей с осевым сечением трубопровода неподвижной платы на одинаковых расстояниях друг от друга по ее длине, при этом каждый из термоприемников следует за своим нагревателем, находясь от него на одном и том же фиксированном расстоянии, нагревательные элементы расположены по обе стороны платы, выполнены в виде ортогональ-,--. ных к оси трубопровода узких полос и подключены параллельно к общим шинам, соединенным с генератором импульсов тока, термоприемники образуют по ширине платы несколько параллельных оси трубопровода рядов (каналов) с постоянным шагом между ними и со сдвигом рядов одной стороны платы по отношению к рядам другой ее стороны на половину шага, каждый из каналов содержит одинаковое число последовательно соединенных термоприемников, измерительный комплекс содержит вьтолненные в стандарте КАМАК таймер, генератор тактовых импульсов, схему управления, крейтконтроллер, управляемые таймеры, а S также микро-ЭВМ, фотосчитьшатель, (Л дисплей и печатающее устройство, причем выход каждого из каналов термоприемников соединен с входом соответствующего управляемого таймера, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторыми входами управляемых таймеров, второй выход генератора .соединен с .таймером, управляемые таймеры, генератор тактовых импульсов, таймер, схема управления и крейт-контроллер подOi соединены к магистрали КАМАК, выход схемы управления соединен с входом генератора импульсов тока, к выходу которого подсоединены нагревательные элементы, микро-ЭВМ связана с фотосчитывателем, печатающим меха.низмом, дисплеем и крейт-контроллером, при этом входом каждого из управляемых таймеров является вход операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора непосредственно, а с вторым - через пиковый детектор, вы

Изобретение относится к приборостроению, а именно к тепловым меточным измерителям, и может быть использовано для определения количества перекачиваемой жидкости на потоке, например, нефти по магистральному трубопроводу. Известны тепловые меточные pacx домеры, ПРИНЦИП действия которых о нован на вводе тепловой энергии в поток от импульсного нагревателя, регистрации энергетического состоя ния потока термоприемника, .располо женным на фиксированном расстоянии от излучателя, и определении средней скорости потока по времени прохождения этого фиксированного расстояния тепловой меткой. В качестве неконтактных источников теп вых меток используются СВЧ или ИК излз атели. Регистрация прохождения меток осуществляе.тся с помощью терморезисторов, емкостных измерительньк ячеек , ультразвуковых колебаний { . Однако указанные устройства име низкую точность вследствие того, что с началом движения тепловой ме ки в потоке она деформируется (полем скоростей, теплопроводностью) |и подходит к термоприемнику уже в виде сильно размытой области. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являет ся расходомер, который содержит ге нератор импульсов тока, нагреватель ные элементы и термоприемники, а также измерительный комплекс з . В этом расходомере сигнал, поступающий от термоприемников после предварительной обработки, непреры но дифференцируется, и равенство производной нулю соответствует моменту прохождения меткой термоприемника. Однако с увеличением диаметра трубопровода чувствительность такого расходомера резко падает из-за отсутствия у сигналов, по которым производится регистрация меток, четко выраженного максимума. Кроме того, низкая точность измерения расхода этим прибором обусловлена малой интенсивно(тью процессов теплопередачи в системе движущийся поток стенка трубопровода, а также невозможностью учета реальной эпюры скоростей потока по сечению. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в тепловом расходомере,содержащем генератор импульсов тока, нагревательные элементы и термоприемники, измерительньй комплекс, нагревательные элементы и термоприемники установлены в потоке на поверхностях совпадающей с осевым сечением трубопровода неподвижной платы на одинаковых расстояниях друг от друга по ее длине, при этом каждый из термоприемников следует за своим нагревателем, находясь от него на одном и том же фиксированном расстоянии, нагревательные элементы расположены по обе стороны платы, выполнены в виДе ортогональных к оси трубопровода узкйз полос и подключены параллельно к общим шинам, соединенным с генератором импульсов тока, термо-. приемники образуют по ширине платы несколько параллельных оси трубопровода рядов (каналов) с постоянным juaroM между ними и со сдвигом рядов

одной стороны платы по отношению к рядам другой ее стороны на половину шага, каждый из каналов содержит одинаковое число последовательно соединенньЬс термоприемников, измерительный комплекс содержит выполненные в стандарте КАМАК таймер, генератор тактовых.импульсов, схему управления крейт-контроллер,управляемые таймеры, а также микро-ЭВМ, фотосчитыватель, дисплей и печатающее устройство, причем выход каждого из каналов термоприемников соединен- с входом соответствующего управляемого таймера, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторыми входами управляемьос таймеров, второй выход генератора соединен с таймером, управляемые таймеры, генератор тактовых импульсов, таймер, схема управления и крейт-кон- троллер -подсоединены к магистрали КАМАК, выход схемы управления соединен с входом генератора импульсов тока, к выходу которого подсоединены нагреватели, микро-ЭВМ связана с фотосчитывателем, печатающим механизмом, дисплеем и крейт-контроллером, при этом входом каждого из управляемых таймеров является вход операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора непосредственно, а с вторым - через пиковый детектор, выхрд компаратора соединен с входом запуска счетчика, подсоединенного своим счетным входом к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого подсоединен к входу таймера, выход компаратора соединен также с синхронизирующим входом триггера, выход которого подсоединен к триггерному входу компаратора, входу разрядного ключа,вьпсод которого соединен с вторым входом компаратора, и входу схемы задерж-- ки и сброса, выход которой соединен с входом схемы управления и с установочным входом триггера. I. .

На фиг.1 изображена плата с нагре

вательными элементами и термоприемниками и ее размещение в трубопроводе; на фиг.2 - блок-схема измерительного комплекса; на фиг.З блок-схема управляемого таймера; на фиг.4 - схема, пояснякнцая алгоритм вычисления расхода (для 5-каг нального расходомера).

Термоприемники 1-5 (фиг.1) и нагреватели 6 с питающими их шинами 7 расположены на плате 8, закрепленной по диаметральной плоскости трубопровода 9. Плата 8 вместе с распределенными по ее длине нагревателями 6 и термоприемниками 1-5 представляет собой датчик скоростей 10 (фиг.2). Ребро платы, встречающее поток, имеет профиль поперечного сечения, препятствующий возникновению возмущений жидкости возле поверхности датчика Скоростей 10. Через разъем 11 питающие шины 7 подсоединены к генератору импульсов тока 12, а выходы каналов 1-5 - к входам соответствующих управляемых таймеров 13. В состав каждого управляемого таймера 13 (фиг.З) входит операционный усилитель 14, пиковый детектор 15, разрядный ключ 16, компаратор 17, триггер 18, счетчик 19, схема 20 задержки и сброса. Выход каждого из каналов подсоединен к входу соответствующего операционного усилителя 14, выход которого соединен с первьм входом компаратора 17-непосредственно, а вторым - через пиковый детектор 15. Выход компаратора 17 соединен с входом запуска счетчика 19, счетный вход которого подсоединен к первому входу генератора тактовых импульсов 21 (фиг.2). Кроме того, выход компаратора 17 соединен с входом синхронизации триггера 18 (фиг.З). Выход триггера подсоединен к триггерному входу компаратора 17, входу разрядного ключа 16, выход которого соединен с вторым входом компаратора 17, и к входу схемы 20 задержки и сброса, соединенной своим выходом с установочным входом триггера 18 и входом схемы управления 22 (фиг.2). Крейтконтроллер 23, дисплей 24, фотосчитыватель 25 и печатающее устройство 26 связаны с микро-ЭВМ 27. При помощи магистрали КАМАК 28 осуществляется связь между схемами 20 задержки и сброса, счетчиками 19, схемой управления 22, генератором тактовых импульсов 21, крейт-контроллером 23 и таймером 29. Вход таймера 29 йоединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов 21.

Датчик скоростей 10 работает следующим образом.

Импульсный ввод тепловой энергии в поток осуществляется нагреванием 5 жидкости в областях ее соприкосновения с нагревательными элементами 6 при пропускании через них импульсов тока от генератора 12. Тепловые метки, посланные всеми нагревателями 6, практически одновременно пере носятся жидкостью по трубопроводу 9 и регистрируются термоприемниками 1-5, расположенными за каждым-из нагревательных элементов 6 в отдель ности на одном и том же фиксированном расстоянии по ходу движения потока. Последовательное соединение N термоприемников в пределах каждого из п образованных ими рядов обеспечивает N-кратное усиление полезного входного сигнала. Время про хождения тепловой меткой расстояния Е отсчитывается от момента посылки импульса тока генератором 12 до момента выхода мультиплицированного сигнала от ряда термоприемников на максимальный уровень. Для каждого i-ro канала этот временной интервал оудет иметь свое значение .1(i 1,2,3,...,п), отвечающее характеру распределения скоростей потока по сечению. Первым на максимал ный уровень выйдет сигнал от ряда термоприемников, вдоль которого жид кость движется с наибольшей скоростью; последним будет сигнал ряда ближайшего к стенке трубопровода 9. Средняя скорость потока вдоль i-ro ряда термоприемников V; e/i:; . Для вычисления расхода принят следующий алгоритм. Сечение потока разбивается на m зон (фиг.4). Если датчик скоростей 10 содержит п каналов, то т(п+1)/2 и совпадает с номером i-ro ряда тер моприемников, расположенного вдоль оси трубопровода 9. Внешняя граница j-ой зоны (J 1,2,3,...,т) пред ставляет собой окружность радиуса RJ (2j-1)R, где R, - радиус цент -ральной зоны, через которую потгок проходит со средней скоростью V, . Секундный расход V определяется следующим образом: V irRvPtv.-,e(rH(n,4,-i,{m-i.j Полный расход за время t определяет ся следующим образом: v4,vX, 26 где Р - число запусков генератора импульсов тока 12 за время . k i где Tj, - время k-ro измерения, т.е. интервал между (k-l)-M и k-м импульсами от генератора 12; .+ где Uj, - время выхода на максимальный уровень сигнала от ряда термоприемников, вдоль которого во время k-ro измерения жидкость двигалась с наименьшей скоростью; to время обработки измерительным комплексом полученных результатов. Измерительный комплекс работает следующим образом. После старта программы, находящейся в микро-ЭВМ, схема управления 22 запускает генератор импульсов тока 12 и приводит полностью идентичные по своим электрическим схемам управляемые таймеры 13 в исходное состояние, при котором триггерные входы компараторов 17 установлены и сигналы с выходов компараторов разрещают счетчикам 19 подсчет импульсов от генератора тактовых импульсов 21. Импульсы с другого выхода генератора поступают на таймер 29, который определяет момент окончания работы измерительного комплекса. Сигнал i-ro канала попадает на вход соответствующего управляемого таймера 13, где усиленньй операционным усилителем 14 поступает на один вход компаратора . 17 непосредствендо, а на другой его вход - через пиковый детектор 15. По достижении сигналом макси- , мального уровня срабатывает компаратор 17, который своим выходным импульсом останавливает счетчик 19 и перебрасывает триггер 18. Импульс с выхода триггера определяет следующую последовательность сигналов: сброс триггерного входа компаратора 17, что устраняет возможность его переключения в исходное состояние, открывание разрядного ключа 16 и разряд пикового детектора 15; запуск схемы задержки и сброса 20. Выходной сигнал схемы задержки и сброса возвращает в прежнее состоя7ние триггер 18, сигнал с выхода которого запирает разрядный ключ 1 устанавливает триггерный вход компаратора 17, а также посылает в схему управления 22 сигнал останова счетчика 19. Счетчик i-ro канала хранит число A; cl-/t, где - период повторения импульсов генератора 21, Отс да определяется время L; за которое жидкость перенесла тепловую метку от нагревателей до термоприемников i-ro канала. После оста нова всех счетчиков 19 схема управ ления 22 посылает в крейт-контрол лер 23 сигнал запроса, по приему которого данные со счетчиков через магистраль КАМАК 28 и крейт-контроллер поступают в микро-ЭВМ 27. По этим данным микро-ЭВМ 27 вычисляет секундный расход V и заносит его в память. Затем схема упра ления 22 снова запускает генератор импульсов тока 12, устанавливает 26 управляемые таймеры 13 в исходное состояние и цикл определения секундного расхода повторяется. По истечении времени t, за которое требуется определить расход жидкости V, срабатывает таймер 29, сигнал с выхода которого позволяет микро-ЭВМ 27 перейти к определению конечного результата и выводу его на печатающее устройство 26. Контроль работы измерительного комплекса осуществляется через дисплей 24. Ввод программы в микро-ЭВМ производится через фотосчитыватель 25. Применение изобретёния в результате эффекта мультипликации полезного сигнала каждым рядом термоприемников в сочетании с распределением этих рядов по сечению трубопровода и применением вычислительного комплекса на базе микро-ЭВМ и аппаратуры КАМАК позволяет учитывать реальную эпюру скоростей и определять расход жидкости с высокой точностью.

Ч

V йЛг .

и± VT

Л5 1 Ъ.

::gr7Z5 r j..

S5.:

Д...:...

и

Ш

Omli

14

К22

18

20

«25

0m 28 Фиг.З