Устройство для измерения объема вещества в емкости Советский патент 1989 года по МПК G01F17/00 

Фиг. I

Изобретение относится к измерительной -технике и может быть использоано для измерения объема жидких и сыпучих веществ, находящихся в емкостях различной конфигурации.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображена структурно-функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - электрическая принципиальная схема электроизмерительной схемы; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу электроизмерительной схемы и временного селектора; на фиг. 4 - выходная характеристика измерительного устройства.

Устройство содержит измеряемую емкость 1, в которой находится вещество и установлен возбудитель 2 колебаний давления газа. Для преобразования величины колебаний давления в электрический сигнал служит термоанемометрический преобразователь 3, подключенный к измеряемой емкости 1 через электропневмоклапан 4 и состоящий из компенсационной камеры 5 и терморезисторной камеры с термоанеморе- зистором 6. Термоанеморезистор 6 включен в электроизмерительную схему 7, так как показано на фиг. 2. Выходной сигнал с электроизмерительной схемы поступает на временной селектор 8 (схему совпадения), на второй вход которого подаются импульсы с выхода тактового генератора 9. Генератор 10 через регулирующий орган производит питание возбудителя колебаний давления газа, причем на управляющий вход регулирующего органа 11 подается постоянное напряжение с/о, определяющее интенсивность работы возбудителя 2 колебаний, и, как следствие, диапазон измерения. С выхода коммутационного ключа импульсы поступают на двоичный счетчик 12, выходной сигнал которого представляет собой n-разрядный параллельный двоичный код, являющийся выходным сигналом устройства. Работа электро- пневмоклапана 4, счетчика 12 и генератора 10 низкочастотного гармонического сигнала синхронизируется импульсами тактового генератора 9.

Устройство работает следующим образом.

При включении тактовый генератор выдает последовательность счетных импульсов (частота следования импульсов может быть в диапазоне 0,1 -1,0 мГц), поступающих на селектор 8, и, собственно, тактовые импульсы с частотой следования порядка 1 Гц, определяющие очередность подключения блоков, т. е. логику работы устройства.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является работа электроизмерительной схемы 7 в автогенераторном режиме. Элетроизмерительная схема 7 (фиг. 2) содержит измерительный резистив- ный мост, образованный терморезистором#1, и постоянными резисторами R2, R3 и

К измерительной диагонали моста подключен усилитель напряжения, выполненный на операционном усилителе (ОУ). Усилитель тока выполнен на транзисторе VTI - эмиттер5 ном повторителе, резистор выполняет функции режимного сопротивления, задающего начальный ток измерительному мосту. Резистор R7 - цепь местной отрицательной обратной связи ОУ DA, переводящая схему в автогенераторный режим, диоды 0 VDI и VD2 служат для защиты входов ОУ от действия больших дифференциальных сигналов, емкость С - фильтр питания. При подаче напряжения питания электроизмерительная схема 7 генерирует после5 довательность импульсов с частотой порядка 0,1 -1,0 кГц и скважностью порядка 10, причем период следования импульсов определяется внешними условиями, в которых находится терморезистор , и глубиной обратной связи, определяемой величиной резистора R7,

0 причем при устранении местной обратной связи, т. е. при отключении R7, автогенераторный режим работы электроизмерительной схемы прекращается и последняя переходит в известную аналоговую схему постоянной температуры.

Работа устройства происходит в двух режимах:, калибровочном и измерительном. Анализ работы устройства проведем, начиная с калибровочного режима, когда тактовый генератор 9 подает на электропневмоо клапан 4 импульс, отключающий термоанемометрический преобразователь 3 от измеряемой емкости 1. При этом электроизмерительная схема 7 генерирует последовательность импульсов, временные параметры которой соответствуют необдуваемому тер5 моанеморезистору 6. Эта последовательность поступает на временной селектор 8, где происходит преобразование длительности временного интервала в количество импульсов (TO и Л/о на фиг. 3). Полученные пачки импульсов периодически заполняют счет0 чик 12, на выходе которого также периодически формируется параллельный двоичный код, соответствующий отключенному от емкости 1 термоанемометрическому преобразователю 3. Этот код несет информацию о внешних условиях, т. е. о температуре и давлении окружающей среды.

После окончания действия импульса тактового генератора 9 электропневмоклапан 4 подключает термоанемометрический преобразователь 3 к емкости 1. Одновременно

сп включается задающий генератор 10 низкочастотного гармонического сигнала, который через регулирующий орган 11, состоящий из последовательно соединенных модулятора сигналов на оптронной паре и усилителя мощности (аналогично регулирующего орга5 ну прототипа), подает на возбудитель 2 колебаний некоторое синусоидальное напряжение, в результате чего в .объеме емкости происходит работа по адиабатическому ежатию газа, а образующиеся пульсации давления газа, пройдя электропневмоклапан 4, обдувают термоанеморезистор 6. При этом электроизмерительная схема 7 формирует последовательность импульсов, временные параметры которой определяются интенсивностью работы возбудителя 2 колебаний и величиной объема газовой подушки емкости 1 (TI и TJ на фиг. 3). Эта последовательность также преобразуется в код на выходе счетчика 12.

Для вычисления величины объема измеряемой емкости выходные сигналы счетчика 12 в калибровочном и измерительном режимах работы могут быть поданы на вход микропроцессора, который производит вычисление величины объема газовой подушки емкости 1 согласно алгоритма:

F(V)K(%-).

погрешности измерения (исключение промахов и т. п.).

Формула изобретения

1. Устройство для измерения объема вещества в емкости, содержащее установленный на емкости возбудитель колебаний давления газа, термоанемометрический преобразователь с компенсационной камерой,

0 соединенный с электроизмерительной схемой и с электропневмоклапаном, подключенным к емкости, последовательно соединенные генератор низкочастотного гармонического сигнала, регулирующий орган, выход которого подключен к возбудителю колебаний давления газа и генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом электропневмоклапана, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен времен5

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к устройствам для измерения объема жидких и сыпучих веществ в емкости. Изобретение позволяет повысить точность измерения объема за счет применения термоанемометрического преобразователя 3 и электроизмерительной схемы 7, работающих в автогенераторном режиме, при введении в устройство временного селектора 8, соединенного со счетчиком 12 импульсов. Электроизмерительная схема содержит резистивный мост с полупроводниковым терморезистором в одном из плеч, усилители напряжения и тока, подключенные к мосту, и цепи обратной связи, переводящие схему в автогенераторный режим работы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

где Л/о и Л/1 - математические ожидания по- 20 нои селектор, соединенный со счетчиком, а

казаний счетчика 12 в калибровочном и измерительном режимах работы;

К - масштабный коэффициент, зависящий от величины управляющего напряжения Uo, подаваемого на регулирующий орган 11, и определяющего диапазон измеряемых величин объемов.

Выходная характеристика устройства представлена на фиг. 4.

Повышение точности измерения обусловлено рядом причин, к которым можно отнести высокую стабильность работы термо- анеморезистора в импульсном режиме, отсутствие сложных и все же недостаточно стабильных аналоговых запоминающих устройств и АЦП, а также возможность применения цифровой фильтрации сигналов для минимизации случайной составляющей

30

электроизмерительная схема выполнена в автогенераторном режиме, при этом выход электроизмерительной схемы соединен с входом временного селектора, управляющие входы низкочастотного генератора и счетчика 25 соединены с первым выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход временного селектора соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов.

35

0

электроизмерительная схема выполнена в автогенераторном режиме, при этом выход электроизмерительной схемы соединен с входом временного селектора, управляющие входы низкочастотного генератора и счетчика 5 соединены с первым выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход временного селектора соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов.

5

° + Un

JLJL

Фиг. 2

I

о

Nc

фие.З

F(Vr)

t

i ,