Цифровое устройство автоматического измерения объемного расхода газа Советский патент 1989 года по МПК G01F15/04 

SS

(Л

Изобретение относится к измерительной технике ,в частности к измерительным устройствам, используемым в теплоэнергетике. Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы устройства. Устройство содержит дифференциально-трансформаторный датчик 1 перепада давления, мембранный датчик 7 давления, терморезистивный датчик 10 температуры. В состав устройства также входят термочувствительный измерительный мост 11 и дифференциально-трансформаторный преобразователь 17. В устройство введены два умножающих цифроаналоговых преобразователя, реверсивный счетчик, блок управления фазой синусоидального сигнала и блок управления реверсивным счетчиком. Значение цифрового кода на выходе реверсивного счетчика характеризует расход газа и является выходным сигналом устройства. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерительным устройствам, используемым в теплоэнергетике.

Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы устройства.

На чертеже приведена структурная схема предложенного устройства.

Устройство содержит дифференциально- трансформаторный датчик 1 перепада давления в сужающем устройстве, имеющий обмотку 2 возбуждения, основную вторичную обмотку 3, дополнительную вторичную обмотку 4 и мембрану 5, соединенную с плунжером 6; мембранный датчик 7 давления, содержащий мембрану 8, соединенную с потенциометром 9; термореверсивный датчик 10 температуры; термочувствительный измерительный мост 11, состоящий из термометров 12, 13 сопротивления и резисторов 14, 15, одна диагональ которого соединена с выходом дополнительной вторичной обмотки 4 дифференциальнотрансформаторного датчика 1, а вывод 16 термочувствительного измерительного моста 11 соединен с верхним выводом термо- резистивного датчика 10 температуры; компенсирующий дифференциально-трансформаторный преобразователь 17, вторичная обмотка 18 которого своим нижним выводом соединена с выводом 19 термочувствительного измерительного моста 11, а своим верхним выводом - с выводом 20 основной вторичной обмотки 3 дифференциального трансформаторного датчика 1 перепада давления, нижний вывод которой соединен с верхним выводом потенциометра 9, входящего в мембранный датчик 7 давления; блок 21 управления фазой синусоидального сигнала, в котором первый вход усилителя 22 соединен с нижним выводом основной вторичной обмотки 3 датчика 1 перепада давления и верхним выводом потенциометра 9 датчика 7 давления, выход усилителя 22 соединен с входом активного однополупериодного выпрямителя с формирователем 23 сигнала до значения логичес4- J

О5

со оэ

ких уровней, выход которого соединен с первым входом первой логической схемы И 24 и входом схемы НЕ 25, а ее выход соединен с первым входом второй схемы И 26, выход которой соединен с входом сброса RS-триггера 27, S-вход которого соединен с выходом первой схемы И 24. прямой выход триггера 27 соединен с управляющим входом первого ключа 28, инверсный выход триггера 27 - с управляющим входом второ- го ключа 29, вход которого соединен с выходом инвертора 30; блок 31 управления реверсивным счетчиком, в котором вход первого активного однополупериодного выпрямителя с формирователем 32 сигнала до значения логических уровней соединен с обмоткой 2 возбудения датчика 1 перепада давления, на которую поступает внешний синусоидальный сигнал, и с входом первого ключа 28 и входом инвертора 30 блока 31 управления фазой синусоидаль- ного сигнала, первый вход усилителя 33 соединён с нижним выводом терморезистив- ного датчика 10 температуры и с движком потенциометра 9, а второй вход соединен с вторым входом усилителя 22 и с вы 20 основной вторичной обмотки, вы- ход усилителя 33 соединен с входом первого ключа 34 и входом инвертора 35, выход которого соединен с входом второго ключа 36, управляющий вход которого сое- днпем с инверсным выходом триггера 27 и управляющим входом второго ключа 29, управляющий вход первого ключа 34 соединен с прямым выходом триггера 27 и управляющим входом первого ключа 28, выход первого ключа 34 соединен с выходом второго ключа 36 и входом второго активного однополупериодного выпрямителя 37, а его выход соединен с первыми входами первой 38 и второй 39 схем И, второй вход первой схемы И 38 соединен с выходом первого активного однополупериодного выпрямителя 32 и вторыми входами первой 21 и второй 26 схем И и с входом схемы НЕ 40, выход которой соединен с вторым входом второй схемы И 39, выход первой схемы И 38 соединен с вторым входом первой схемы И- НЕ 41, первый вход которой соединен с первым входом второй схемы И-НЕ 42 и выходом генератора 43 прямоугольных импульсов, выход второй схемы И 39 соединен с вторым входом второй схемы И--НЕ 42; реверсивный счетчик 44, вход прямого счета которого соединен с выходом первой схемы И-НЕ 41, а вход обратного счета - с выходом второй схемы И-- НЕ 42; первый умножающий ЦАП 45, аналоговый вход которого соединен с выходом первого ключа 28 и выходом второго ключа 29; второй умножающий ЦАП 46, аналоговый вход которого соединен с выходом первого умножающего ЦАП 45, выход второго умножающего ЦАП 46 соеди

п 5 0 5 0 5 г

5

0

нен с первичной обмоткой 47 компенсирующего дифференциально-трансформаторного преобразователя 17, цифровые входы первого умножающего ЦАП 45 соединены с соответствующими им по двоичному весу цифровыми входами второго умножающего ЦАП 46 и с соответствующими им по двоичному весу выходами реверсивного счетчика 44.

Устройство работает следующим образом.

Если плунжер 6 находится выше среднего положения в дифференциально- трансформаторном датчике 1 перепада давления, то синусоидальный сигнал на выходе основной вторичной обмотки 3 совпадает по фазе с внешним синусоидальным сигналом, поступающим на обмотку 2 возбуждения дифференциально-трансформаторного дат,- чика 1 перепада давления.

Сигнал с выхода основной вторичной обмотки 3 дифференциально-трансформаторного датчика 1 перепада давления усиливается электронным усилителем 22 и затем поступает на активный однополупериод- ный выпрямитель с формирователем сигнала до значения логических уровней 23, на выходе которого при положительной полуволне внешнего синусоидального сигнала появляется единичный уровень напряжения, соответствующий «1, а при отрицательной полуволне - нулевой уровень напряжения, соответствующий «О

Поскольку сигнал на входе блока 23 и входе первого активного однополупериодного выпрямителя с формирователем 32 сигнала до значения логических уровней, работающего так же, как и блок 23, находится в фазе, то при положительной пол волне внешнего синусоидального сигнала про- изойдет совпадение единичных уровней напряжения на входах первой логической схемы И 24, в результате чего прямой выход RS-триггера 27 блока 21 управления шпусоидально о сигнала установится в «1 по единичному уровню на его S-вхо- де. При отрицательной полуволне внешнего синусоидального сигнала на выходах блока 23 и 32 появлятся нулевые уровни напряжений, в результате чего на S- и R- входах RS-триггера 27 будет сигнал, соответствующий «О, и RS-триггер 27 состояния своих выходов не изменит. Единичный уровень напряжения с прямоте выхода RS-триггера 27 открывает первый ключ 34 блока 31 управления реверсивным счетчиком, а нулевой уровень напряжения с обратного выхода триггера 27 запирает второй ключ 29 в блоке 21 и второй ключ 36 в блоке 31.

Внешний синусоидальный сигнал через первый ключ 28 блока 21, первый 45 и второй 46 ЦАП поступает на первичную обмотку 47 блока 17 в фазе с сигналом на выходе основной вторичной обмотки 3

дифференциально-трансформаторного датчика 1 перепада давления, а сигнал на выходе вторичной обмотки 18 компенсирующего дифференциально- трансформаторного преобразователя 17 находится в противо- фазе. Амплитуда же сигнала на выходе вторичной обмотки 18 зависит от двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 44. В случае, если сигнал рассогласования на выходе электронного усилителя 33 блока 31 управления реверсивным счетчиком совпадает по фазе с внешним синусоидальным сигналом, то при положительной полуволне этого сигнала на выходе первого 32 и второго 37 активных однополупериодных выпрямителей с формирователем сигнала до значения логических уровней появится уровень «1, что приведет к совпадению единичных уровней напряжения на входах первой логической схемы И 38, тогда единичный уровень напряжения на ее выходе разрешит прохождение импульсов с генератора 43 прямоугольных импульсов через первую логическую схему И-НЕ 41 на вход прямого счета реверсивного счетчика 44, что приведет к увеличению значения двоичного кода на его выходах, а значит, и амплитуды синусоидального сигнала на выходе второго ЦАП 46.

Увеличение двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 44 происходит до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе электронного усилителя 33 блока 31 управления реверсивным счетчиком не станет нулевым. В случае, если сигнал рассогласования на выходе электронного усилителя 33 блока 31 упраления реверсивным счетчиком находитя в противофазе относительно внешнего синусоидального сигнала на выходе блока 32 будет единичный уровень напряжения, а на выходе блока 37 - нулевой уровень напряжения, на выходе первой 38 и второй 39 логических схем И будет уровень «О, что блокирует прохождение импульсов с блока 43 на реверсивный счетчик 44 и его состояние не изменится. При отрицательной полуволне внешнего синусоидального сигнала на выходе блока 32 появится нулевой уровень напряжения, а на выходе блока 37 - единичный уровень напряжения, в результате чего на входе второй логической схемы И 39 будет совпадение единичных уровней напряжения, тогда единичный уровень напряжения на ее выходе разрешит прохождение импульсов с блока 43 через вторую логическую схему И-НЕ 42 на вход обратного счета реверсивного счетчика 44, что приведет к уменьшению значения двоичного кода на его выходе, а значит, и амплитуды синусоидального сигнала на выходе второго ЦАП 46. Уменьшение значения двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 44 происходит до тех пор, пока сигнал рассогласова5

ния на выходе электронного усилителя 33 блока управления 31 реверсивным счетчиком не станет нулевым, т. е. значение двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 44 соответствует значению расхода газа в новом установившемся режиме.

Если плунжер 6 находится ниже среднего положения в дифференциально-трансформаторном датчике 1 перепада давления, то синусоидальный сигнал на выходе основной вторичной обработки 3 находится в противофазе относительно внешнего синусоидального сигнала, поступающего на обмотку 2 возбуждения дифференциально-трансформаторного датчика 1 перепада давления. Тогда при положительной полуволне внешнего синуоидального сигнала на выходе активного однополупериодного выпрямителя с формирователем 23 сигнала до значения логических уровней блока 21 появится нулевой уровень напряжения, соответст0 вующий «О, а при отрицательной полуволне внешнего синусоидального сигнала - положительный уровень напряжения, соответствующий «1. Поскольку сигнал на входе блока 23 находится в противофазе относительно сигнала на входе блока 32, то при положительной полуволне внешнего синусоидального сигнала на выходе блока 32 появится единичный уровень напряжения, а при отрицательной - нулевой уровень напряжения, соответствующий «О. Следовательно, при положительной полуволне внешнего синусоидального сигнала сигнал «О на выходе блока 23 инвертируется логической схемой НЕ 25 и происходит совпадение единичных уровней напряжения на входах второй логической схемы И 26, а на ее

- выходе появится единичный уровень напряжения, который поступает на R-вход RS- триггера 27, и на его прямом выходе установится значение «О, а на обратном выходе - значение «1. При отрицательной полуволне внешнего синусоидального сигнала на

0 выходе блока 23 появится единичный уровень напряжения, соответствующий «1, а на выходе блока 32 - нулевой уровень, соответствующий «О, в результате на R- и 5-входа RS-триггера 27 блока 21 будет

, сигнал, соответствующий «О и RS-триг- гер 27 состояния своих выходов не изменит. Нулевой уровень напряжения с прямого выхода RS-триггера 27 запирает первый ключ 28 блока 21 и первый ключ 34 блока 31, а единичный уровень напряжеQ ния с обратного выхода RS-триггера 27 открывает второй ключ 29 блока 21 и второй ключ 36 блока 31. Внешний синусоидальный сигнал через инвертор 30 и открытый второй ключ 29 блока 21, первый 45 и второй 46 ЦАП поступает на первичную

5 обмотку 47 блока 17 в противофазе относительно внешнего синусоидального сигнала, следовательно, сигнал на выходе вторичной обмотки 18 блока 17 находится в прогивофазе с сигналом на выходе основной вторичной обмотки 3 блока 1. В случае, если сигнал рассогласования на выходе электронного усилителя 33 блока 31 находится в противофазе относительно внешнего синусоидального сигнала, то при положительной полуволне этого сигнала на выходе блока 32 появится единичный уровень напряжения, соответствующий «1, а сигнал рассогласования с выхода блока 33 через инвертор 35, открытый второй ключ 36 и второй активный однополупериодный выпрямитель с формирователем 37 сигнала до значения логических уровней, на выходе которого появится единичный уровень напряжения, соответствующий «1. Это при- ведет к совпадению единичных уровней напряжения на входах первой логической схемы И 38, а единичный уровень напряжения на ее выходе разрешит прохождение импульсов с генератора 43 прямоугольных импульсов на вход прямого счета ре- версивного счетчика 44, что приведет к увеличению двоичного кода на его выходах, а значит, и амплитуды на выходе второго ЦАП 46. Увеличение значения двоичного кода в реверсивном счетчике 44 происходит до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе блока 33 не станет нулевым. В случае, если сигнал рассогласования на выходе электронного усилителя 33 находится в фазе с внешним синусоидальным сигналом, то при положительной полу- волне внешнего синусоидального сигнала на выходе блока 32 будет единичный уровень напряжения, а сигнал рассогласования с выхода блока 33, пройдя инвертор 35, второй ключ 36 и блок 37 преобразуется в нулевой уровень напряжения, соответствую- щий значению «О, который блокирует прохождение импульсов с блока 43 через первую 41 и вторую 42 логические схемы И-НЕ на реверсивный счетчик 44 и его состояние не изменится. При отрицательной полуволне внешнего синусоидального сигна- ла на выходе блока 32 будет нулевой уровень напряжения, а сигнал рассогласования с выхода блока 33, пройдя по цепи: блок 35 - блок 36 - блок 37, преобразуется в единичный уровень напряжения, в результате чего на входе второй логической схемы И 39 будет совпадение единичных уровней напряжения, тогда единичный уровень напряжения на ее выходе разрешит прохождение импульсов с блока 43 через вторую логическую схему И-НЕ 42 на вход обратного счета реверсивного счетчика 44, что приведет к уменьшению значения двоичного кода на его выходе, а значит, и амплитуды синусоидального сигнала на выходе второго ЦАП 46. Уменьшение значения двоичного кода на вы- ходе блока 44 происходит до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе электронного усилителя 33 блока управления 31 реверсивным счетчиком не станет нулевым. Таким образом, в течение периода внешнего синусоидального сигнала устройство автоматически обновляет значение цифрового кода на выходе реверсивного счетчика 44, который характеризует объемный расход газа в рабочем состоянии, а также состояние триггера 27, который характеризует положение плунжера 6 в дифференциально-трансформаторном датчике 1 перепада давления относительно среднего положения. Двоичный код реверсивного счетчика 44 и состояние RS-триг- гера 27 являются выходными сигналами устройства в целом.

Изобретение позволяет уменьшить погрешность измерения расхода газа за счет замены механического блока возведения в квадрат и реверсивного электродвигателя с фазным управлением электронными блоками.

Формула изобретения

с

.

0

5

0

выходами являются соответственно прямой и инверсный выходы триггера.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления реверсивным счетчиком содержит последовательно соединенные первый активный однополупериодный выпрямитель с формированием сигнала до логических уровней, схему НЕ, первую схему И, первую схему И-НЕ, выход которой является выходом управления вычитанием реверсивного счетчика, последовательно соединенные усилитель, инвертор, второй ключ, второй активный однополупериодный выпрямитель с формированием сигнала до логических уровней, вторую схему И, вторую схему И-НЕ, выход которой является выходом управления сложением реверсивного счетчика, причем выход усилителя через первый ключ соединен с выходом второго ключа, вход схемы НЕ соединен с вторым входом второй схемы И, первый вход которой соединен с вторым входом первой схемы И, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с вторыми входами первой и второй схем И-НЕ, управляющие входы первого и второго ключей являются соответственно вторым и третьим входами блока управления реверсивным счетчиком, первый и четвертый входы которого являются входами усилителя, пятый вход соединен с входом активного одно- полупериодного выпрямителя с формированием сигнала до логических уровней, выход которого является первым выходом блока управления реверсивным счетчиком.