Устройство для измерения объема вещества в емкости Советский патент 1988 года по МПК G01F17/00 

И

11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения объема жидких и сыпучих веществ, находящихся в емкости

Цель изобретения - повьшение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурно- функциональная схема устройства; на фиг.2 и 3 временные диаграммы процессов в устройстве.

Устройство содержит емкость 1, вещество 2 в ней основной возбудитель 3 пневматических колебаний, эталонный возбудитель 4 пневматических колебаний, термоанемометрический преобразователь 5, сопла 6 с термо- анеморезисторами, электроизмерительную схему 75 усилитель 8, регулирующий орган 9, генератор 10 электрических колебаний, рабочую обмотку 11 основного возбудителя, дополнительную обмотку 12 основного воз

будителЯэ интегратор 13, синхронный 25 детектор 14 фильтр 15 низких частот, фазовращатель 16, регистратор 17.

В измеряемой емкости 1, в которой находится вещество 2, установлен ос0

5

0

5

равлякщий входосинхронного детектора также подключен к генератору tO, к низкочастотной его части через фазовращатель 16.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства эталонный возбудитель 4 создает в cowie компенсационного термоанеморезистора 6 пульсирующий поток газа. В силу инерционности термоанеморезистора в электроизмерительной схеме это вызывает появление постоянного напряжения, величина которого пропорциональна интенсивности обдува компенсационного термоанеморезистора U, (t) (фиг.2а).

Поскольку рабочий термоанеморезис- тор 6 сопло которого соединено с измеряемым объектом, в момент включения не обдувается, соответствующий ему сигнал в электроизмерительной схеме равен нулю. Это приводит к появлению сигнала рассогласования, который пройдя через усшштель Я, вызывает увеличение коэффициента передачи регулирующего органа 9, вызывая при этом появление и увеличение на его

Изобретение относится к устройствам для измерения объема жидких и сьтучих веществ в емкости. Изобретение позволяет повысить точность измерения объема за счет исключения влияния изменения параметров основного возбудителя пневматических колебаний в процессе эксплуатации. Возбудитель 3 имеет дополнительную обмотку 12, размещенную на его подвижной системе, которая совместно с электронным интегратором 13, синхронным детектором 14, фазовращателем 16 и фильтром 15 низких частот позволяет получить достоверную информацию о величине колебательных перемещений его подвижной системы, опре- деляюрг.ей величину измеряемого объема. ( 3 ил. ®

новной возбудитель 3 колебаний давле- .,„ выходе гармонического сигнала с часния газа. Для выработки опорного сигнала предусмотрен эталонньй возбудитель 4, установленный в термоанемо- метрическом преобразователе 5 с полупроводниковыми термоанеморезисторами в соплах 6j гфедназначенном для преобразования колебаний давления газа в электрический сигнал. Термоанемо-. рези-сторы включены в электроизмерительную схему 7 и разогреваются электрическим током.

Выход электроизмерительной схемы через усилитель 8 подключен к управ- лякш|;ему входу регулирующего органа 9, сигнальньй вход которого подключен к выходу задающего генератора 10. низкой частоты. Выход регулирующего органа соединен с рабочей обмоткой основного возбудителя 3. Дополнительная обмотка 12 размещенная поверх рабочей в том же зазоре магнитной системы, соединена с входом интегратора 13, а его выход подключен к входу синхронного детектора 14, выход

40

тотой, определяемой низкочастотной частью генератора 10. При этом в измеряемой емкости- 1 возникают нарастающие по величине пульсации давления, вызванньге работой основного воз- 35 будителя пневматических колебаний h(t) (фиг.2 б). Электрический сигнал в электроизмерительной схеме, соответствующий этому, представлен на фигЛ b(U(t)).

Процесс нарастания величины пульсаций продолжается до тех пор, пока электрические сигналы от компенсационного и рабочего термоанеморезис- торов не сравняются по величине постоянной составляющей. При этом интенсивность работы основного возбудителя, т.е. величина колебательных перемещений его подвижной сис- гп темы,оказывается пропорциональной величине измеряемого объема емкости 1, свободного от вещества 2. При изменении количества вещества в емкости соответственно изменяется и объем

45

которого через фильтр 15 низких час- ,. газовой части емкости, что приводит

тот подключен к регистратору 17. Эталонньй возбудитель 4 подключен непосредственно к генератору Ю. Рабочая частота составляет 1-1,5 кГц. Упк различию в интенсивностях обдувов рабочего и компенсационного термо- анеморезисторов, появлению сигнала рассогласования и отработке его об0

тотой, определяемой низкочастотной частью генератора 10. При этом в измеряемой емкости- 1 возникают нарастающие по величине пульсации давления, вызванньге работой основного воз- 5 будителя пневматических колебаний h(t) (фиг.2 б). Электрический сигнал в электроизмерительной схеме, соответствующий этому, представлен на фигЛ b(U(t)).

Процесс нарастания величины пульсаций продолжается до тех пор, пока электрические сигналы от компенсационного и рабочего термоанеморезис- торов не сравняются по величине постоянной составляющей. При этом интенсивность работы основного возбудителя, т.е. величина колебательных перемещений его подвижной сис- п темы,оказывается пропорциональной величине измеряемого объема емкости 1, свободного от вещества 2. При изменении количества вещества в емкости соответственно изменяется и объем

5

газовой части емкости, что приводит

к различию в интенсивностях обдувов рабочего и компенсационного термо- анеморезисторов, появлению сигнала рассогласования и отработке его обратной связи до достижения системой нового равновесного состояния, но уже при другой величине колебатель- uix перемещений подвижной системы основного возбудителя,

В дополнительной обмотке 12 при этом находится напряжение, пропорциональное скорости перемещения подвижной системы. В общем случае это периодический сигнал с нулевым средним уровнем Этот сигнал поступает на интегратор 13, на выходе которого также вьщеляется периодический сигнал с нулевой постоянной составляющей, причем уровень этого сигнала пропорционален величине перемещений подвижной системы основного возбудителя. Поскольку (фиг,26,в) напряжение в части измерительной схемы 7 от рабочего термоанеморезистора повторяет по форме сигнал по перемещению подвижной системы основного возбудителя 3 (с учетом невос11риимчи- вости термоанеморезистора к направлению обдува), а сравнение его с сигналом эталонного возбудителя про исходит ПС постоянной составляющей (г,2а), в измерительной цепи предусмотрена схема вьщеления постоянной составляющей - синхронньй детектор средневыпрямленного значения, состоящий из собственно синхронного детектора 14 и фильтра низких частот,

реализукщий преобразование вида

т

UBb.)-l- j |u,;(t)| coscfdt,

о

где if - сдвиг фаз между входньми сигналами синхронного детектора, одним из которых является выходной сигнал интегратора 13, другим - опорный сигнал с низкочастотной части блока генераторов 10, пропущенньй через фазовращатель 16. Напряжение с выхода фильтра низких частот подается на регистратор 17 - вольтметр постоянного напряжения, отградуированньй в единицах объема.

При изменении механических, магнитных, электрических параметров ос- новного возбудителя без изменения величины измеряемого об ьема производится отработка цепью обратной связи появившегося сигнала рассогласования, что, однако, не изменяет показаний

регистратора 17, пропорциональных величине колебательных перемещений подвижной системы основного возбудителя.

При достаточно больших амплитудах перемещений подвижной системы возможны несимметричные, нелинейные ограничения траектории перемещения

последней, которые могут быть вызваны ограниченностью линейного участка характеристики упругих элементов подвеса подвижной системы и т,п. Это проиллюстрировано на фиг,За двумя

предельными положениями траектории для ограниченного и неограниченного сигналов. Электрический сигнал в электроизмерительной схеме также ограничен (фиг,35), что изменяет его

постоянную составлягацую.

Показания регистратора 17 в этом случае соответствуют величине измеряемого объема, поскольку в выходной измерительной цепи - синхронном детекторе средневьшрямленного значения - также происходит аналогичное изменение постоянной составляющей, компен- сируицее погрешность измерения,

Дополнительно синхронный детектор позволяет существенно повысить помехоустойчивость устройства за сужения полосы пропускания выходной измерительной цепи и отфильтровать составлякяцую напряжения дополнительной обмотки, обусловленную наличием трансформаторной связи между рабочей и дополнительной обмотками основного возбудителя. Для этого при механически заторможенной подвижной системе

основного возбудителя подстройкой фазовращателя 16 устанавливаются нулевые показания регистратора 17,

ормула изобретения

Устройство для измерения объема вещества в емкости, содержащее генератор электрических колебаний, связанный с возбудителем пневматических колебаний, который расположен в тер- моанемометрическом преобразователе, соединенном через электроизмерительную схему, усилитель и регулирующий орган с рабочей обмоткой основного возбудителя, расположенного в емкости, примем генератор электрических колебанш соединен с регулирующим органом, и регистратор, о т л и ч а :г г