Электромагнитный расходомер Советский патент 1990 года по МПК G01F1/60 

Изобретение относится к измерению расхода жидкостей электромагнитным методом.

Цель изобретения - увеличение точности измерения и быстродействия за счет уменьшения дпител ьности вспомогательного цикла измеренияс

На фиг.,1 представлена структурная схема электромагнитного расходомера; на фиг.2 - структурная схема устройства управления; на фиг03 - временные диаграммы процесса интегрирования вспомогательного цикла; на фиг.4 - структурная схема ведущей программы; на фиго5 - структурная схема прерывающей программы.

Расходомер содержит источник 1 питания, преобразователь 2 расхода, пер- первый усилитель 3 основного сигнала, второй усилитель 4 опорного сигнала, цифроаналоговый преобразователь 5 мантиссы, фазовращатель 6, интегратор 7 опорного сигнала, цифроаналоговый преобразователь 8 порядка, третий ключ 9 измерения нуля, второй суммирующий усилитель 10 отклонения, четвертый ключ 11 режима, цифроаналоговый преобразователь 12 допустимого отклонения, инвертор 13, второй ключ 14 основного сигнала, первый ключ 15 опорного сигнала, первый суммирующий усилитель 16, синхронный детектор 17, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18 веса, интегратор 19, компаратор 20, формирователь 21 тактовых импульсов, устройство 22 управления, регистр 23 ввода, устройство 24 обмена, вычислительное устройство 25.

Устройство управления содержит регистр 26 режима, схему 27 сравнения, счетчик 28 вспомогательного цикла, триггер 29 четности, триггер 30 запуска, D-триггер 31, программируемую логическую матрицу (ПЛМ) 32,

СЛ

оо

Ј 00

регистр 33 сдвига, реверсивный счетчик 34, счетчик 35 основного цикла, первый регистр 36 вывода, генератор 37, уточняющий счетчик 38. второй ре

ГИСТр 39 ВЫВОДЯо

Источник 1 питания соединен с обмоткой возбуждения преобразователя 2 расхода, выход основного, снимаемого с электродов, сигнала которого через усилитель 3 основного сигнала и цифро аналоговый преобразователь 8 порядка соединен с неинвертирующим входом суммирующего усилителя 10 отклонения, инвертирующий вход которого соединен с выходом ключа 9 измерения нуля, один из входов которого соединен с нулевой шиной, а другой - с выходом интегратора 7 опорного сигнала,вход которого через цифроаналоговый преоб- разователь 5 мантиссы и усилитель 4 опорного сигнала соединен с выходом опорного сигнала, снимаемого с встроенного в активную зону преобразователя индукции магнитного поля преобразователя 2 расходао Один из входов ключа 11 режима через фазовращатель 6 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 5 мантиссы, второй вход - с входом формирователя 21 тактовых импульсов и с выходом интегра тора 7 опорного сигнала, а выход - с одним из входов ключа 15 опорного сигнала непосредственно, а с другим - через инвертор 13„ Выход суммирующего усилителя 10 отклонения через цифро- аналоговый преобразователь 12 допустимого отклонения соединен с одним из входов ключа 14 основного сигнала, второй вход которого соединен с нулевой шиной, а выход - с одним из входов суммирующего усилителя 16, второй вход которого соединен с выходом ключа 15 опорного сигнала, а выход - через последовательно соединенные синхронный детектор 17, цифроаналоговый преобразователь 18 веса, интегратор 19 и компаратор 20 соединен с входом данных D-триггера 31 и с вторым входом программируемой логической матрицы 32, первый выход которой соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя 18 веса, второй - с управляющим входом синхрон

10

15

25

2Q 784814

ка 34 и управляющим входом ключа 15 опорного сигнала, шестой - с входом запрета реверсивного счетчика 34, с инверсным входом сброса счетчика 28 вспомогательного цикла, с управляющим входом ключа 14 основного сигна- .ла и с восьмым входом этой же матрицы, седьмой - с входами сброса реверсивного счетчика 34 и счетчика 35 основного цикла, выход которого соединен с одним из входов схемы 27 сравнения и входом данных первого регистра 36 вывода, восьмой - с входом запроса прерывания устройства 24 обмена, с установочным входом регистра 26 режима, с входом запрета счетчика 28 вспомогательного цикла, с тактовым входом триггера 29 четности и с девятым входом этой же матрицы, девятый - с тактовым входом второго регистра 39 вывода и с одиннадцатым входом этой же матрицы, десятый - с входом сброса уточняющего счетчика 38, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 37, а выход - с входом данных второго регистра 39 вывода

Первый вход программируемой логической матрицы соединен с выходом D-триггера 31, третий - с выходом формирователя 21 тактовых импульсов и с тактовыми входами триггера 30 запуска, счетчика 28 вспомогательного цикла, реверсивного счетчика 34 и счетчика 35 основного цикла, четвертый - с выходом схемы 27 сравнения, пятый - с выходом счетчика 28 вспомогательного цикла, шестой - с выходом триггера 29 четности, седьмой - с выходом триггера 30 запуска, с инверсным входом запрета счетчика 35 основного цикла и с входом данных первого регистра 36 вывода, десятый - с выходом регистра 26 режима, вход данных которого через регистр 23 ввода соединен с выходом устройства 24 обмена, двунаправленная шина которого соединена с вычислительным -с CQ (устройством 25, а вход соединен с выходами первого регистра 36 вывода и второго регистра 39 вывода,, Выход регистра 26 режима соединен с управляющими входами цифроаналогового пре30

35

40

45

Изобретение относится к технике измерения расхода жидкостей электромагнитным методом. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. В блок управления электромагнитного расходомера введены генератор тактовых импульсов, счетчик и регистры. С помощью введенных элементов вместо измерения всего периода опорного сигнала измеряется одна четверть этого периода, что повышает быстродействие. Процесс измерения состоит из двух циклов - основного и вспомогательного. К концу основного цикла накапливается грубая оценка измеряемой величины. Эта оценка уточняется на протяжении вспомогательного цикла, что повышает точность измерения. 1 табл., 6 ил.

ного детектора 17, третий - с такто- образователя 5 мантиссы, цифроаналовыми входами регистра 33 сдвига и D-триггера 31, четвертый - с входом данных регистра 33 сдвига, пятый - с входом реверса реверсивного

гового преобразователя 8 порядка, ключа 9 измерения нуля, ключа 11 режима, цифроаналогового преобразователя 12 допустимого отклонения, с втогового преобразователя 8 порядка, ключа 9 измерения нуля, ключа 11 режима, цифроаналогового преобразователя 12 допустимого отклонения, с вто515

,рым входом схемы 27 сравнения и с установочным входом триггера 30 запуска, вход данных которого служит дополнительным входом внешнего запуска расходомера,, Выходы регистра 33 сдвига, реверсивного счетчика 34 и уточняющего счетчика 38 соединены с входом данных первого регистра 36 вывода

Формирователь 21 тактовых импульсов вырабатывает три цифровых сигнала с периодами, равными периоду, половине периода и четверти периода опорного сигнала,, Коэффициенты пере- дачи цифроаналоговых преобразователей 5, 8, 12 и 18 определяются соответственно выражениями:

К5 m; ; K1fl 2

,K-IK

(при k 7, К 5/4),

18

где т, р - мантисса и порядок оценки расхода предыдущего цикла соответственно dm, (У, - константы;

d - допустимое отклонение; k - код веса

Расходомер работает следующим образом

Очереной цикл измерения, состоя- щий из основного и вспомогательного циклов, начинается с того, что данные из регистра 23 ввода, записанные туда через устройство 24 обмена вычислительным устройством 25, запи- сываются в регистр 26 режима, с выхода которого поступают на блоки 5, 9, 11, 12, 27, 30, 32 изменяя их состояние в соответствии с выбранным режимом Генерируемые преобразовате- лем 2 расхода основной и опорный сигналы через блоки 3, 8и4, 5 7, 9 сответственно поступают на входы суммирующего усилителя 10 отклонения, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный отклонению расхода текущего цикла измерения от оценки расхода предыдущего цикла Это сигнал отклонения усиливается блоком 12, коэффициент передачи которого on ределяется вычислительным устройство 25 в зависимости от ожидаемого диапазона флюктуации расхода,. Блоками 13 - 20 и 22 осуществляется аналого- цифровое развертывающее преобразова- ние отношения усиленного сигнала от- {клонения к выходному сигналу ключа 11, равному выходному сигналу, либо фазовращателя 6 при измерении интег-1

Q

5

0

5

0 с д Q

16

рального расхода, либо интегратопа 7 при измерении среднего расхода

В начале основного цикла, который совпадает с основным циклом прототипа, ключ 14 основного сигнала включает сигнал отклонения на один из входов суммирующего усилителя ь, на второй вход которого поступает опорный сигнал, знак которого определяется состоянием ключа 15 опорного сигналзе Сумма сигнала отклонения и опорного сигнала детектируется синхронным детектором 17 и через цифро- аналоговый преобразователь 18 веса, коэффициент передачи которого равен единице на протяжении всего основного цикла, поступает на вход интегратора 19, выходной сигнал которого компаратором 20 преобразуется в цифровой сигнал, поступающий на вход данных D-триггера 31, а затем на вход программируемой логической матрицы 32 о На протяжении основного цикла D-триггер 31 последовательно меняет свое состояние в дискретные моменты времени, соответствующие пересечению опорным сигналом нулевого урорн о В тз :ке вре :ечи сиг- .1. ом, поступаю цим на управл вход ключа I5 опорного сигнала изменяется знак опорного сигнала так, чтобы сигнал на выходе интегратора 19 после очередного переключения D- три. гера 31 стремился бь- к нулевому значению Одновременно с этим в ре- версив( счетчик 34 тактовым сигналом последовательно записывается либо +1 (при интегрировании Б соответствующий интервал времени инвертированного инвертором 13 опорного сигнала) , либо -1 (при интегрировании неинвертированного опорного сигнала)

К концу основного цикла в счетчике 34 накапливается грубая оценка отношения сигналов, которая уточняется на протяжении вспомогательного цикла

Вспомогательный цикл начинается тогда, когда код на выходе счетчика 35 основного цикла совпадает с кодом, поступающим с выхода регистра 26 режима на вход схемы 27 сравнения, либо сигналом внешнего запуска При этом ключом 14 выключается сигнал отклонения, снимается установка нуля счетчика 28,запрещается работа реверсивного счетчика 34,запрещается изменение знака опорного сигнала ключом 15 и разрешается изменение знака сигнала синхронным детектором 1 7 в зависимости от выходного сигнала D-триггера 310 Счетчик 28 вспомогательного цикла начинает считать такты вспомогательного цикла Длительность вспомогательного цикла может быть равна либо I (в случае короткого цикла), либо 3 (в случае длинного цикла) периодам опорного сигналЭоНа протяжении вспомогательного цикла при помощи цифроаналогового преобразователя 18 веса происходит последовательное уменьшение уровня опорного сигнала в соответствии с таблицей„

Ь таблице приведены параметры вспомогательного цикла

В таблице обозначены:

1,1 - номер такта и номер микрб контакта вспомогательного цикла соответственно; код веса на управляющем входе и коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя веса со-, ответственно; вес результата соответствующего микроконтакта; константа

,;

Кс.Г

,1L Результат измерения всех микротактов, кроме последнего, отображав-, мый выходным сигналом 1)-триггера 31, последовательно записывается тактовым сигналом в регистр 33 сдвига, осуществляющий преобразование последова тельного кода в параллельный,, На пос- леднем микроконтакте снятием сигнала сброса разрешается работа уточняющего счетчика 38, сохраняется неизменным состояние D-триггера 31, а сигнал управления синхронным детектором 17 приобретает возможность меняться под действием выходного сигнала компаратора 200 Первое изменение выходного сигнала компаратора 20, возникающее при достижении выходным сигналом интегратора 19 нулевого значения, устанавливает в единичное состояние сигнал 5 на выходе У8 программируемой логической матрицы 32, сохраняющийся до начала следующего цикли измерения. При этом данные с выхода счетчика 38 записываются во второй регистр 39 вывода, а на управляющем входе цифроаналогового преобразователя 18 веса устанавливается нулевой код, соответствующий минимальному коэффициенту передачи этого преобразова

784818

теля В конце последнего микротакта, путем коммутации знака сигнала син-. хрошиым детектором 17 выходной сигнал интегратора 19 совершает небольшие колебания около нулевого значения, обеспечивая к началу нового цикла измерения близкий к нулю остаточный заряд интегратора 190 По окончании поJQ следнего микротакта осуществляется запись данных регистра 33 сдвига, реверсивного счетчика 34, уточняющего счетчика 38, счетчика 35 основного цикла и триггера 30 запуска в регистр

15 36 вывода, происходит разрешение записи новых данных в регистр 26 режима, включается запрет счета счетчика 28, переключается триггер 29 четности и запрашивается прерывание

20 вычислительного устройства 25 через устройство 24 обмена Далее при включенном внешнем запуске схема находится в состоянии ожидания сигнала внешнего запуска, поступающего с

25 выхода триггера 30 С приходом этого iсигнала или без ожидания (при вклю- ченном; внутреннем запуске}, включается сигнал отклонения, устанавливая ноль счетчика 28, и разрешает30 ся работа реверсивного счетчика 34„ Вслед за этим устанавливаются в ноль счетчики 34 и 35, и начинается новый . цикл измерения Измеренное значение отклонения расхода вычисляется вы35 числительным устройством 25 в соответствии с выражением Пк-1 Ј2;

D EH-Vr|0+2 ir Vr; + (-ljP2 x

X V

Г.П2.

sin

/)

(tn i

D3/(D4 4)),

5

где

5

0

Dl - результат измерения основного цикла (определяется данными счетчика 34);

D2:j- измеренное значение (0 или 1) 1-го микротакта (определяется данными регистра 33)J

D3 - длительность интервала времени от начала последнего микротакта до первого пересечения выходным сигналом интегратора нулевого значения (определяется данными регистра 39);

D4 - длительность последнего мик- кротакта (определяется данными счетчика 38 в момент записи этих данных в регистр 36);

+ 1). m- 2 Р- К,

nr - номер последнего микротакта (nQ 11, п, 3). Измеренное значение среднего расхода в соответствии с выражением

1л d-dm О (- . 2

q to . vr,0

где N - длительность основного цикла

выраженная в количестве пе- риодов опорного сигнала; К - масштабный коэффициент, определяемый калибровкой расходомер а 0

Для исключения аддитивной погрет- ности, вызванной смещением нуля элементов 17, 18 и 19, коммутируется знак сигнала отклонения и опорного сигнала относительно неизменного напряжения ошибки названных элементов путем инвертирования в соседних циклах измерения управляющего сигнала синхронного детектора 17 и суммирования измеренных значений расхода соседних циклов измерения„

При измерении нуля расходомера, малого расхода или знакопеременного расхода ключ 9 измерения нуля включает инвертирующий вход усилителя 10 на нулевую гаину :- вместо сигнала о- клонения аналогично измеряется основной сигнало I

Расходомер позволяет гибко.выбирать длительность вспомогательного цикла в зависимости от допустимой погрешности измерения в стационарном и динамическом режимах расхода,,

Формула изобретения

Электромагнитный расходомер, содержащий источник питания, преобразователь расхода, синхронный детектор первый суммирующий усилитель, первый интегратор, D-триггер, фазовращатель, второй интегратор, инвертор, регистр ввода, компаратор, включенный между первым интегратором и D-триггером, первый и второй ключи, выходы которых соединены с входами первого суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом синхронного детектора, первый и второй усилители, входы которых соединены с выходами преобразователя расхода, вход которого соединен с выходом источника питания, цифроаналоговый преобразователь порядка, вход которого соединен с выQ

j 0 5

0

5

0

,

ходом первого усилителя, цифроаналоговый преобразователь мантиссы, вход которого соединен с выходом второго усилителя, а выход соединен с входами второго интегратора и фазовращателя, цифроаьалоговый преобразователь отклонения, выход которого соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с нулевой шиной, третий ключ, первый вход которого соединен с выходом второго интегратора, а второй вход соединен с нулевой шиной, второй суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя порядка, второй вход соединен с выходом третьего ключа, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя отклонения, четвертый ключ, первый вход которого соединен с выходом фазовращателя,второй вход соединен с выходом второго интегратора, а выход соединен с входом инвертора и с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с выходом инвертора, цифроаналоговый преобразователь веса, включенный .между синхронным детектором и п у.-зыь интегратор..ч, логическую матрицу, первый вход кгт-ород соединен с выходом D-тр „гч зр второй вход соединен с выходом компаратс- ра, а второй выход соединен с управляющим входом синхронного детектора, формирователь тактовых импульсов, включенный между выходом второго интегратора и третьим входом логической матрицы, счетчик вспомогательного цикла, вход сброса которого соединен с вправляющим входом второго ключа, с восьмым входом и шестым выходом логической матрицы, а выход соединен с пятым входом логической матрицы, первый выход которой соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя веса, триггер четности, включенный между восьмым выходом и шестым входом логической матрицы,регистр сдвига, вход данных которого соединен с четвертым выходом логической матрицы, а тактовый вход соединен с третьим выходом логической матрицы и тактовым входом 1)-тригге- ра, реверсивный счетчик, вход реверса которого соединен с пятым выходом логической матрицы и с управляющим входом первого ключа, а вход запрета соединен с шестым выходом логической

матрицы, счетчик основного цикла, вход сброса которого соединен с входом сброса реверсивного счетчика и седьмым выходом логической матрицы, регистр режима, вход данных которого соединен с выходом регистра ввода, установочный аход соединен с входом запрета счетчика вспомогательного цикла, с восьмым выходом и девятым iходом логической матрицы, а выход соединен с управляющими входами циф- роаналоговых преобразователей порядка, мантиссы, отклонения и с управляющими входами третьего и четвертого ключей, схему сравнения, первый вход которой соединен с выходом регистра режима, второй вход соединен с выходом счетч :а основного цикла, а выход подключен к четвертому входу логической матрицы, триггер запуска, установочный вхо/- которого соединен с выходом регистра режима, тактовый вход соединен с тактовыми входами счетчика вспомогательного цикла, реверсивного счетчика, счетчика основного цикла и с выходом формирователя тактовых импульсов, D-вход является входом внешнего запуска расходомера, а выход соединен с седьмым входом ло- гической матрицы и с входом разрешения счетчика основного цикла, первый

o

S

о

0

5

регистр вывода, вход данных которого соединен с выходами регистра сдвига, реверсивного счетчика, счетчика основного цикла и триггера запуска, а тактовый вход соединен с восьмым выходом логической матрицы, устройство обмена вход которого соединен с выходом первого регистра вывода,вход запроса прерывания соединен с восьмым выходом логической матрицы, а выход соединен с входом регистра ввода, вычислительное устройство, соединенное магистралью с устройством обмена, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия за счет уменьшения длительности вспомогательного цикла, он снабжен генератором, вторым регистром вывода, уточняющим счетчиком, тактовый вход которого соединен с выходом генератора, выход соединен с входами данных первого и второго регистров вывода, а вход сброса соединен с десятым выходом логической матрицы, десятый вход которой соединен с выходом регистра режима, а девятый выход соединен с одиннадцать входом логической матрицы и с тактовым входом второго регистра вывода, выход которого соединен с входом устройства обменао

to

J-

№

CM

Ж

e

«a

it

ZT

4

JE

esi

IP

CM

ТЕ

i

I

ее

S