Устройство для регулирования расхода газа Советский патент 1986 года по МПК G05D11/13 

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования расхода газа и может использоваться в электронной промышленности для регулирования расходов технологических газрв при формированз и газообразных обр-абатывающих сред в технологическом оборудовании.

Цель изобретения - повьтаение точности устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для регулирования расхода газа; на фиг. 2 - структурная схема примера аппаратурной реализации задатчика расхода.

Устройство для регулирования расхода газа (фиг. 1) содержит расходомер 1 и исполнительный элемент 2, установленные на трубопроводе 3 Регулируемъгй поток газа двизкется по трубопроводу 3 в направлении от расходомера 1 к исполнительному элемент 2, датчик 4 давления, установленный на трубопроводе 3 перед расходомером 1 со стороны впуска газа, датчик 5 давления, установленный на трубопроводе 3 на участке между расходомером .1 и исполнительным элементом 2, за- датчик 6 расхода,, сумматор 7, делитель 8, дифференцирующий элемент 9, делитель 10, сумматоры П и 12, умножитель 13, сумматор 14, интегратор 15,

Задатчик расхода (фиг, 2) может быть реализован с использованием генератора 16, счётчика 17, блока 18 памяти и цифроаналогового преобразователя I9, Выход генератора 16 подключен к счетному входу счетчика 17. Разрядные выходы счетчика 17 подключены к соответствуюгцим адресным входам блока памяти. Информационные вьрсоды блока 18 памяти подключены к соответствующим разрядным входам цифроаналогового преобразователя 19.

Устройство для регулирования расхода работает cлeдyющшvI образом,,

Регулируемый поток газа поступает в трубопровод 3 (фиг, );, проходя через расходомер 1, а затем через исполнительньш элемент 2. Величина расхода газа на выходе исполнительного элемента 2 является результатом регулирования и соответствовать заданному расходу газа, устанавливаемому выходным сигналом задатчика 6 расхода, В последнем вырабатьгоа ется сигнал и(р)р величина которого

пропорциональна заданному в данный момент значению „расхода газа.

В случае аппаратурной реализации (фиг, 2) задатчик 6 расхода работает

следуювшн образом.

Генератор 16 вырабатывает импульсы с постоянным периодом повторения 5 Эти импульсы считаются счетчиком 17, вызывая изменения сигналов на его

разрядных БыходаХо В блоке 18 памяти хранится программа требуемого измене- |ния расхода газа Разрядные сигналы счетчика 17 вызьшают поочередный опрос ячеек блока памяти и выдачу на

его информационные выходы сигналов параллельных двоичных кодов, соответствующих заданному значению расхода в текущий момент времени. Данные сигналы преобразуются в напряжение

Ug(p) с помощью цифроаналогового преобразователя 19, выход которого является выходом задатчика 6 расхода (фиг, 1) , С выхода последнего сигнал Uj. (р) поступает на первый

вход сумматора 7, на второй вход которого поступает выходной сигнал расходомера 1, Величина расхода Qi Xp) газа в точке трубопровода/З, где установлен расходомер 1, определяется уравнением

Q,, (Р), (р)-Н(р) , где К с

-.L--, М-.

коэффициент, определяющий зависимость расхода газа, протекающего через расходомер I ,. от перепада давлений газа в трубопроводе 3 до и после расходомера 1; Н, (р) давление газа в трубопрово- . де 3 на участке перед расходомером 1 со стороны впуска газа;

Н(р) давление газа в трубопроводе 3 на участке между расходомером и исполнительным элементом 2; Р - оператор Ла1гласа. Давление газа Н.(р) связано с разностью расходов потока газа, поступающего в участок трубопровода 3 меясду расходомером и исполнительным элементом 2, и потока газа, вьг- текающего через исполнительный элемент 2 5 т, е,

Н (p)9.i2bQ.M

VP

(2)

где Q (р)

расход газа, протекающего через расходомер 1;

Q,(p) расход газа, протекающего через исполнительный элемент 2; V - объем части трубопровода

3, заключенной между рас ходомером 1 и исполни- . тельным элементом 2; р - оператор Лапласа. Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить зависи- мость расхода газа Q, (р), измеряемого расходомером 1, от давления ) газа, поступающего в устройство для автоматического регулирования расхода, и от расхода газа Qj (р), протека ющего через исполнительный элемент 2,

Q (р) H iElYe + QalEL (3)

H.-Vt т J.1т J.1 -

Tp + l

Тр+1

где

т Y.

Кр

р - оператор Лапласа.

Из анализа уравнения (3) следует, что при постоянном расходе Q(p) на результат измерения Qj(р) влияют колебания давления Н,(р). Кроме того, проявляется инерционная зависимость расхода Qi(p) от расхода QjCp), описываемая передаточной функцией апериодического звена с постоянной времени Т. Данные факторы обуславливают снижение точности регулирования расхода при использовании устройства для автоматического регулирования расхода по прототипу, в котором расходомер 1, дающий результат измерения расхода Qi(p), используется как единственный источник сигнала обратной связи. В то же время результатом действия устройства для автоматического регулирования расхода явля- ется управление расходом газа Qr,(p), на выходе исполнительного элемента 2, величина которого существенно отличается от измеряемого значения расхода Qy(p) при быстром изменении заданного значения расхода и колебания давления Н,(р).

Для получения информации о действительном значении расхода газа ) в предлагаемом устройстве для регулирования расхода используются сигналы первого 4 и второго 5 датчиков давления, поступающие на первый и. второй входы второго сумматора 11. На его выходе вьщеляется сигнал

ЦДр)(р)-Н(рЯ, (4)

51037

где

s Ю 15

К. коэффициент преобразования первого 4 и второго 5 датчиков давления.

Этот сигнал поступает на второй вход первого делителя 8, на первый вход которого поступает выходной сигнал расходомера 1. В первом делителе 8 сигнал расходомера 1 делится на сигнйл второго сумматора 11, Вы- ходной сигнал первого делителя 8 равен

и.

.„л-

К,Н,(р)-Н,(р)

(5)

s 5

0

5

.0

5

0

где

К, коэффициент преобразования

расходомера 1. Из сопоставления уравнений (1) и (5) следует, что выходной сигнал первого делителя 8 пропорционален коэффициенту КА и, следовательно, несет информацию о величине этого коэффициента. Выходной сигнал первого датчика 4 давления поступает также на первый вход третьего сумматора 12, проходя через него на вход дифферей- цирующего элемента 9. Выходной сигнал дифференцирующего элемента 9 в качестве делимого поступает на первьй вход второго д елителя 10,где делится на величину выходного ла первого делителя второго делителя 10 ет на второй вход третьего сумматора 12. В результате действия второго делителя 10, третьего сумматора 12 и дифференцирующего элемента 9 на выходе дифференцирующего элемента 9 выделяется сигнал

и, (р)ри,2(р)Р 1к,н ,(р)-и,о(рЯ

Hi(E)KiK9.2 Hi(2)KiK.,E . (g)

сигна- 8. С выхода сигнал поступа1+р

KI

иЛр)

1 +

5i5.

к, к,

р

где Ujj(p) - выходной сигнал третьего сумматора 1 2; и (р) - выходной сигнал второго

делителя 10: Kg - коэффициент передачи

дифференцирующего элемента 9.

С выхода дифференцирующего элемента 9 сигнал Ug (р) поступает на третий вход первого сумматора 7, вызывая изменение его выходного сигнала в моменты изменения давления Н,, (р) поступающего газа. Из уравнения 6 следует, что при постоянном давлении Н,(р) выходной сигнал дифференцирующего элемента 9 равен нулю. Поэтому при постоянком давлении Н ,(р) выходной сигнал первого сумматора 7 равен разности сигналов за- датчика 6 расхода и расходомера 1, Выходной сигнал Uj(р) первого сумматора 7 поступает на первый вход четвертого сумматора 14, а также через умножитель 13 и интегратор 15 на его второй вход. В умножителе 3 выходной сигнал первого сумматора умножается на величину выходного сигнала Ug(р) первого делителя 8 При этом выходной сигнал четверто- го сумматора А равен

и,,(р)и, (p)ti ЫЕ)КЛ

U(p)-K,n,(p)+Ug(p) +

+ )KLs Р

(7)

Q,(p)%(p)K,.

где К - коэффициент передачи интегратора 15; Ug(р) - выходной сигнал задатчика

6 расхода.

Данный сигнал пост:;,Т1ает на управляющий вход регулирующего элемента 2, вызывая изменение расхода Q,2(p) газа. Расход газа, протекающего через регулирующий элемент 2, пропор- ционален величине сигнала и(р),т,е

(8)

где К - коэффициент передачи регулирующего элемента 2, Аппаратурная реализация предлагаемого устройства для автоматического регулирования расхода возможна при 40 выборе коэффициентов передачи К, , К,, К , Kg и Kj в соответствии с условиями

K;,,,V, V Г

(9)

Подставив значение сигнала U(p) 50 из уравнения (5) в уравнение (6), значения сигналов Ug(p) и Ug(р) из уравнений (5) и (6) в уравнение (7) а также подставив в уравнение (7) значение расхода Q,(р) из уравнения 55 (3) и затем значение сигнала ) из уравнения (7) в уравнение (8), с учетом условий (9) получим

Q,(p)K,i; (р)

(10)

с JQ 15

0

Полученный результат свидетельствует о том, что величина расхода газа, проходящего через исполниталь- ЕЫЙ элемент 2, зависит только от сиг-нала Ug(p) задатчика 6 расхода и пропорциональна его величине. Следовательно, при использовании предлагаемого устройства для автоматического регулирования расхода полностью компенсируются погрешности регулирования расхода, связанные с колебаниями давления К,(р) поступающего rasaj а также с инерционностью зависимости выходного сигнала расходомера 1 от величины управляемого расхода QjCp), обусловленной наличием определенного объема V трубопровода 3. на участке между расходомером 1 и исполнительным элементом 2.

Ф О р м у л а

обретения

5

0

5

0 5

Устройство для регулирования расхода газа, содержащее расходомер и исполнительный элемент, установленные на трубопроводе, задатчик расхода и интегратор, отличающее- с я тем, что, с целью повьшения точности устройства, оно содержит первый, второй, третий и четвертый сумматоры, первый и второй делители, первый и второй датчики давления, дргфферен- цирующий элемент, умножитель, причем выход задатчика расхода подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу расходомера и к первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков давления, третий вход первого сумматора, связан с первым входом второго делителя и с выходом дифференцирующего элемента;, вход которого соединен с выходом третьего сумма-, тора 5 первый вход которого подключен к выходу первого датчика давления, а второй вход к выходу второго делителя, второй вход которого . подключен к вьасоду первого делителя и к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к выходу первого cy fмaтopa и к первому

входу четвертого сумматора, вторбй вход которого соединен с выходом интегратора, подключенного входом к выходу умножителя, выход четвертого сумматора соединен с входом исполнительного элемента, первый датчик давСоставитель Л.Цаллагова Редактор Е.Копча Техред Э.Чижмар

Заказ 4410/44 Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ления установлен в трубопроводе перед расходомером со стороны впуска газа, а второй датчик давления уста- новлен в трубопроводе на участке между расходомером и исполнительным элементом.

I ФФ Ф 1/

18

-

19

Корректор А.Тяско

Изобретение репшет задачу повышения точности регулирования расхода. Устройство содержит расходомер и ислолнительный элемент, установленные на трубопроводе, задатчик расхода, интегратор. В устройство введены первый, второй .делители, первый и второй датчики давления, дифференцирующий элемент, умножитель, причем выход задатчика расхода подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу расходомера и к первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков давления, третий вход первого сумматора связан с первым входом второго делителя и подключен через дифференцирующий элемент к выходу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого датчика давления, а второй вход к выходу второго делителя; второй вход которого подключен к выходу первого делителя, связанному также с первым входом умножителя, второй вход которого подключен к выходу первого сумматора, связанному также с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого через интегратор подключен к выходу умножителя, а выход - к выходу исполнительного элемента, вход первого датчика давления подключен к трубопроводу перед расходомером со стороны выпуска газа, вход второго датчика давления подключен к трубопроводу на участке между расходомером и исполнительным элементом. 2 ил. с (О (Л