Расходомер Советский патент 1987 года по МПК G01F1/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, для измерения массового расхода жидкостей с но- мощью тахометрических датчиков об1 емного расхода, имеющих частотный выходной сигнал, и датчиков нлотности.

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерений массового расхода.

На фиг. 1 нредставлена структурная схема предлагаемого расходомера; на фиг. 2 кусочно-линейно аппроксимированная характеристика датчика расхода; на фиг. 3 - график для подсчета н.мпульсов, постунаю- Н1,их от датчика расхода, третьим счетчиком.

Расходомер содержит датчик 1 плотности, подключенный к входу аналого-цифро- вого преобразователя (АЦП) 2, выходы которого подключепы к входам сум.матора 3 комбинационного типа, выходы которого подключены к входам регистра 4. Выходы последнего подк.чючепы к вторым входа.м сумматора 3 и входам индикаторного регистра 5, выполпепного совместно с устройством индикации. Управляющий выход АЦЦ 2 подключен к входам установки в «О регистра 4, первого 6, второго 7 и третьего 8 счетчиков и первому входу триггера 9. Выходы второго счетчика 7 подк. иочепы к адресным входам трех постоянных запомипаю- |ци устройств (ЦЗУ) 10--12. Выходы первого счетчика 6 и первого ПЗУ И) подключе- Hi)i i первым и вторым входам первого компаратора 13 кодов, а выходы второго ПЗУ 11 и третьего счетчика 8 подключены к первым входам второго компаратора 14 кодов. Выходы компараторов 13 и 14 кодов подключены соответствеппо к информационпо.му и у11равляюш,ему входам ключа 15.

Один выход ключа 15 подключен к счетному входу второго счетчика 7, а второй -- к управляюп;ему входу преобразователя 16 кодов и второму входу триггера 9. Информационный выход преобразователя 16 подключен к первому входу схемы ИЛИ 17, к второ.му входу которой подключен выход схемы И 18. К первому входу схемы И 18 и ипформационному входу третьего счетчика 8 подключен выход датчика 19 расхода, а к второму входу схемы И 18 и входу генератора 20 подключен выход триггера 9 управления. Выход генератора 20 подключен к информационному входу первого счетчика 6, выход схемы ИЛИ 17 подключен к входу «Перенос регистра 4, а выход ПЗУ 12-- к входу преобразователя 16, управляющий выход которого подключен к входу «Перенос индикаторного регистра 5.

Импульс па управляющем выходе АЦП появляется после окончания аналого-цифрового преобразования сигнала от датчика 1 плотности. Преобразователь 16 кодов преобразует входной двоичный код, поступаюпхий с выхода ЗУ 12, в унитарный код (число импульсов) па информационном выходе, подключенном к входу схемы ИЛИ 17, по сигналу, поданному на его управляющий вход с выхода ключа 15. Импульс на управляющем выходе преобразователя 16 появляется после окончания преобразования входного кода в число импульсов.

В первое ПЗУ записаны числа NTi, NTsi NTs и т. д., определяемые по формулам

NT,J:L; NT,i; т,Ъ,...

где f,j - частота кварцевого генератора 20;

Т|,Т2

и Тз время измерения для каждого участка характеристики датчика расхода, определяемое из условия получения результата (числа импульсов), пропорционального расходу, которое определяется по формуле

т QI- QOт Qz-Q

M -7fГ 1Г Т1 П -771(fi-fo) дд

(ь-fOAQ

25

т - - Q3- Q2

(f3-f2)AQ

где AQ - требуемая разрещающая способность расходомера по объемному расходу;

QO, QI, Q2

Q3 - ординаты (величины расхода) узлов кусочно-линейно аппроксимированной характеристики датчика расхода; fi.fa, з -абсциссы (частоты) узлов этой

характеристики.

Во второе ПЗУ 11 записаны числа .|, N2 и NS, определяемые по формулам N, f,T2; N2 hTs; N3 Ь Т,. , В третье ПЗУ 12 записываются числа, равные начальным смешениям характеристики датчика па различных участках Q,,, Qr,,

Q02, Q03,..

Эти числа определяются по формулам

NQo

45

AQ NQ-

в предлагаемом расходомере процесс определения ра-бочего участка характеристики датчика расхода и измерение расхода совмещены. Происходит это следующим образом. Каждый цикл измерения начинается с измерения плотности. Сигнал с датчика 1 плотности поступает в АЦП 2, который по окончании измерения плотности выдает кодовое ее значение на первые входы сумматора 3 и вырабатывает команду на установку в «1 триггера 9 управления и на установку в «О регистра 4 и счетчиков 6-8. Сигнал триггера 9 запускает кварцевый генератор 20 и открывает схему И 18 совпадения. Импульсы генератора 20 начинают подсчитываться счетчиком 6, а имнульсы датчика 19 расхода начинают нодсчитывать- ся счетчиком 9 от нулевого состояния. Одновременно импульсы датчика 19 начинают проходить через схему И 18 совпадения и схему ИЛИ 17 на вход «Перенос регистра 4. Каждый такой импульс переносит в регистр код, образованный на выходе сумматора 3.

Первый импульс «Перенос после установки в «О регистра 4 переносит в него код АЦП 2, так как на вторых входах сумматора 3 нули. К моменту прихода второго импульса «Перенос на выходе сумматора 3 имеется удвоенный код АЦП 2, так как на первые его входы поступает код с выходов АЦП, а на вторые - тот же код с выхо - дов регистра 4. После второго импульса «Перенос удвоенный код с выходов АЦП 2 будет в регистре 4, а на входах сумматора 3 устанавливается утроенный код АЦП 2, который третьим импульсом «Перенос переносится в регистр 4 и т. д. Таким образом, каждый импульс «Перенос увеличивает содержимое регистра 4 на число, имеющееся на 1зь ходах АЦП 2, т.е. на измеренную плотность.

В это же время происходит подсчет импульсов от датчика 19 расхода счетчиком 8. При этом каждый импульс «Перенос в регистр 4 соответствует одно.му добавлению «1 в счетчик 8.

Переключение времени измерения T|, Т2, Тз... производится прямо в процессе определения результата измерения массового расхода. После установки счетчика 7 в нулевое состояние, т.е. перед началом измерения, на вторые входы компаратора 13 поступает число NT.t, соответствующее самому короткому времени из.мерения, т.е. самому крутому участку характеристики частота - расход датчика расхода (фиг. 2). При этом на вторые входы компаратора 14 кодов поступает число NS из ПЗУ 11, определенное таким образом, что если частота датчика расхода ниже fa, за время Т4 число в счетчике 8 не достигает N.s, а если выще - за время Т4 число в счетчике 8 становится выше числа N,3. Сигнал на выходе компаратора 13 кодов появляется в .момент окончания времени Т4. Если к этому моменту компаратор 14 кодов зафиксирует превышение числа импульсов в счетчике 8 числа .N3, сигнал с выхода компаратора 13 кодов направляется на правый (по схеме) выход ключа 15. Это означает, что датчик 19 расхода работает на самом крутом участке характеристики с минимальным требуемым временем измерения расхода Т4. Импульс с выхода ключа 15 устанавливает в исходное состояние триггер 9 управления и запускает преобразователь 16 кода в число импульсов, который выдает NQo3 импульсов на вход «Перенос регистра 4 через схему ИЛИ 17. Каждый из этих импульсов добавляет в регистр 4 по одному значению плотности, зафиксированному в АЦП. На этом процесс измерения заканчивается.

Если в момент появления сигнала на выходе компаратора 13, т.е. в момент окончания времени Т4 (фиг. 3), число в счетчике 8 не достигает N3, это означает, что частота датчика меньше Гз, т.е. датчик расхода работает на участке характеристики не с самой

высокой крутизной и, следовательно, не с минимальным требуемым временем измерения. В этом случае сигнал с выхода компара- тора 13 кодов сигналом с выхода компаратора 14 кодов, поступающим на управляющий вход ключа 15, направляется на его

левый (по схеме) выход. При этом происходит добавление «1 в счетчик 7, который является счетчиком адресов ПЗУ 10-12. После этого на входы компаратора 13 с ПЗУ 10 поступает число ЫТз, соответствуюшее времени измерения Тз, на входы компаратора 14 с выходов ПЗУ 11 число Мз, равное числу импульсов, юступающих от датчика 19 за время Тз.

5

0

Далее работа расходомера протекает аналогично описанному, т.е., если число в счетчике 8 к моменту окончания очередного времени измерения Т,, заданного числом ПЗУ 10, не станет больи е числа, записанного в ПЗУ 11, компаратор 14 направляет сигнал ко.мпаратора 13, который появляется в момент окончания очередного времени измерения Т,, на левый (по схеме) выход ключа 15, что вызывает добавление «1 в счетчик адресов ПЗУ 8 и, следовательно, удлинение времени измерения (переход от времени измерения Т, на время Т(,-д, а также замену числа NiHa число N(,ij на входах компаратора 14 для сравнения с состоянием счетчика 8 в конце интервала T(,i).

Если число в счетчике 8 до окончания очередного времени измерения, задавае0 мого ПЗУ 10, становится больше числа, записанного в ПЗУ И, компаратор 14 направляет сигнал компаратора 13 кодов, который появляется в момент окончания очередного вре.мени измерения Т,, на правый (По схеме) выход ключа 15. Это вызывает

добавление к уже полученному числу в регистре 4 в ответ на п импульсов от преобразователя 16 кодов результатов аналого- цифрового преобразования, где п - число, поданное в этот момент с ПЗУ 12 на преобQ разователь 16 кодов, пропорциональное начальному смещению характеристики датчика расхода Qn/. После подачи всех импульсов на информационный выход преобразователь 16 КОДОВ выдает импульс на управляющий выход, который производит перенос результа5 та в индикаторный регистр. Рез льтат из.мерения массового расхода QiuM определяется по формуле

Q,,.-M (Ti f-l- b,)p;

где Т,- - время счета на i-м участке характеристики;

f -частота датчика расхода; Ь; - начальное смещение в единицах объемного расхода, полученное путем пересечения прямой i-ro участка характеристики датчика расхода с осью ординат;

р - плотность вещества, расход которого измеряется (код плотности

схема ИЛИ, причем выход генератора подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого подключены к первым входам первого компаратора кодов, соединенного вторыми входами с выходами первого постоянного запоминающего у фоисгва, выход первого компаратора кодов подключен к информационному входу ключа, соединенного своим управляющим входом с выходом второго компаратора кодов, к первым вхополучен на информационных выхо- 10 дам которого подключены выходы второго дах АЦП 2).постоянного запоминающего устройства, а

к вторым - выходы третьего счетчика, соединенного своим счетным входом с выходом датчика расхода, при этом выход схемы И подключен к входу «Перенос регистра через схему ИЛИ, соединенную своим вторым входом с выходом преобразователя кодов, к информационным входам которого подключены выходы третьего постоянного запоминающего устройства, при этом к

Формула изобретения

Расходомер, содержащий тахометриче- ский датчик расхода и схему И, связанную с его выходом своим первым входом, триггер и кварцевый генератор, при этом выход триггера подключен к входу кварцевого генератора и второму входу схемы И, а также после- 20 управляющему входу преобразователя кодов

и второму входу триггера подключен первый выход ключа, а управляющий выход преобразователя кодов - к входу «Перенос индикаторного регистра, соединенного свои- м-и информационными входами с выходами регистра, при этом управляющий выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входам установки в «О счетчиков и регистра, второй выход ключа соединен со счетным входом второго счетчика, выходы

довательно соединенные датчик плотности аналого-цифровой преобразователь, сумматор, регистр сумматора, выходы которого подключены к вторым входам сумматора,а управляющий выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу триггера, индикаторный регистр, соединенный своими входами с выходами регистра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений массового расхода.

25

В него введены три счетчика, три постоян- KOTOpoi o юдключены к адресным входам

ных запоминающих устройства, два компаратора кодов, преобразователь кодов, ключ и

первого, второго и третьего запоминающих устройств.

постоянных

схема ИЛИ, причем выход генератора подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого подключены к первым входам первого компаратора кодов, соединенного вторыми входами с выходами первого постоянного запоминающего у фоисгва, выход первого компаратора кодов подключен к информационному входу ключа, соединенного своим управляющим входом с выходом второго компаратора кодов, к первым входам которого подключены выходы второго постоянного запоминающего устройства, а

25

первого, второго и третьего запоминающих устройств.

постоянных

f f

фиг. 2

фиг. 3

Изобретение относится к из.меритель- ной технике и позволяет уменьшить но- грешности измерения расхода. Если в счетчике 8 к моменту окончания очередного импульса измерения Т,-, заданного числом постоянного запоминаюш,его устройства 10 (ПЗУ), не станет больше числа, записанного в ПЗУ I I. то компаратор 14 направляет сигнал компаратора 13 кодов на левый выход ключа 15, что добавляет «I в счетчик адресов ПЗУ 8 и удлиняет время измерения. Если же время измерения, задаваемое ПЗУ 10, станет больше числа,- записанного в ПЗУ 11, то компаратор 14 направляет сигнал компаратора 13 кодов на правый выход ключа 15. Это вызывает добав, 1ение к уже полученному числу в регистре 4 импульсов от преобразователя 16 кодов результатов аналого-цифрового преобразования. После подачи всех импульсов на информационный выход преобразователь 16 кодов выдает импульс на его управляющий выход, который перенесет результат в индикаторный регистр 5. Результат измерения массового расхода определяется по приведенной формуле. 3 ил. е (Л ю 00 со о ND