Устройство для измерения суммарного расхода жидкостей Советский патент 1991 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к области приборостроения, к устройствам для измерения расхода жидкостей.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода жидкостей путем снижения систематической погрешности измерения, вызванной температурными изменениями вязкости жидкости, расход которой измеряется.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - кривая зависимости импульс-фактора датчика от расхода, имеющая спадающий характер; на фиг. 3 - растущий характер при росте расхода.

Устройство содержит датчик 1 расхода, опорный генератор 2, шесть счетчиков 3-8, восемь триггеров 9-16, четыре группы коммутирующих элементов 17-20, шесть элементов И 21-26, элемент ИЛИ 27, цифровой

индикатор 28, инвертор 29, коммутатор 30, два одновибратора 31 и 32, два регистра 33 и 34, два блока 35 и 36 сравнения, датчик 37 температуры.

Устройство для измерения суммарного расхода жидкостей и газов работает следующим образом.

При работе с датчиком, характеристики которого имеют вид, показанный на фиг. 2, коммутатор 30 устанавливается в положение, при котором он пропускает сигналы с выхода элемента И 22 на вход счетчика 5. Коммутатор 30 переключается вручную только при замене датчика. В процессе работы с одним и тем же датчиком коммутатор 30 не переключается. Импульсы датчика 1 расхода, частота которых гораздо ниже частоты сигнала опорного генератора 2, поступают на 0-вход триггера 9. Ближайший после начала

С VI

СП

о

2

очередного импульса датчика 1 импульс опорного генератора 2 своим положительным фронтом устанавливает триггер 9 в состояние 1. При этом на выходе элемента И 21 появляется 1. Следующий положи- тельный фронт генератора 2 устанавливает в состояние 1 триггер 10, так как на его D-входе в это время присутствует 1, поступающая с выхода триггера 9. При установке триггера 10 в 1 на выходе элемента И 21 появляется О. Таким образом, каждый импульс датчика 1 расхода вызывает появление на выходе элемента -И 21 короткого импульса, длительность которого равна периоду следования импульсов опорного re- нератора 2. Начало и конец импульса на выходе элемента И 21 совпадают по времени с положительными фронтами импульсов опорного генератора 2.

Вторая половина импульса с выхода элемента И 21 через элемент И 22 и коммутатор 30 проходит на вход счетчика 5 и подсчитывается им, так как только в эт время на третьем входе элемента И 22 с инаерсно- го выхода генератора 2 находится единица. Кроме того, по заднему фронту импульса с выхода элемента И 21 через инвертор 29 устанавливается (или подтверждается) в О триггер 11, что приводит к установлению (или подтверждению) 1 на втором входе элемента И 22.

Кроме того, каждый импульс с выхода элемента И 21 устана вливает в 1 триггер 12 и переносит в счетчик 3 число с выходов регистра 34. Между импульсами датчика 1 расхода на вход счетчика 3 поступают импульсы опорного генератора 2 и подсчитываются этим счетчиком. Если за период входных импульсов переполнения счетчика 3 не происходит, то триггер 12 остается в 1 и коррекции нелинейности характеристики датчика не происходит.

При увеличении входного периода, время между переносами в счетчик 3 чисел из регистра 34 увеличивается и наступает та- кой момент, когда во время периода входного сигнала счетчик 3 переполняется, триггер 12 устанавливается в О, и элемент И 23 часть периода открыт для поступления импульсов генератора 2 на вход счетчика 4. Время между импульсом на выходе элемента И 21 и переполнением счетчика 3 и установкой триггера 12 в 1 зависит от числа, переносимого из регистра 34 в счетчике 3. Как указывалось выше, после переполнения счетчика 3 импульсы опорного генератора 2 начинают поступать в Счетчик 4 через зле- . мент И 23. Поступление импульсов на вход счетчика 4 продолжается до следующего входного импульса датчика 1 расхода, т.е.

до конца очередного периода входного сигнала. При переполнении счетчика 4 происходит запуск одновибратора 31, импульс которого устанавливает в 1 триггер 11 и переносит в счетчик 4 число из регистра 33. Следующий после переполнения счетчика 4 импульс с выхода элемента И 21 не поступает на вход счетчика 5, так как на втором входе элемента И 22 в это время имеет место О, поступающий с инверсного выхода триггера 11. И только задний фронт импульса с выхода элемента И 21 через инвертор

29устанавливает в О триггер 11 и тем самым возобновляет возможность прохождения импульсов с выхода элемента И 21 через элемент И 22 на вход счетчика 5.

Таким образом, импульсы с выхода элемента И 21 поступают на вход счетчика 5 непрерывно за исключением тех случаев, когда во время паузы между этими импульсами происходит переполнение счетчика 4. Тогда следующий после переполнения импульс с выхода элемента И 21 не поступает на вход счетчика 5. Стробирование элемента И 22 инверсным сигналом генератора 2 по третьему входу позволяет избежать прохождения узкого импульса через элемент И 22 в том случае, когда переполнение счетчика 4 происходит в момент возникновения импульса на выходе элемента И 21.

Перед работой с датчиком, характеристики которого при разных температурах имеют вид кривых, показанных на фиг. 3, что вызвано изменением вязкости жидкости в зависимости от температуры, коммутатор

30устанавливается в положение, при котором он пропускает сигналы с выхода элемента ИЛИ 27 на вход счетчика 5, В этом случае все без Исключения импульсы с выхода элемента И 21 поступают на вход счетчика 5. В тех же случаях, когда после какого-либо импульса на выходе элемента И 21 счетчик 4 переполняется и триггер 11 устанавливается в 1, следующим импульсом опорного генератора 2 устанавливается в О триггер 13, а затем следующим импульсом опорного генератора 2 устанавливается в О триггер 14. На входах элемента И 24 две единицы одновременно ие появляются, и на его выходе импульса не будет. Когда же после этого задний фронт следующего импульса с выхода элемента И 21 через инвертор 29 устанавливает триггер 11 в О и следующий после этого импульс опорного генератора 2 устанавливается в 1 триггер 13, на двух входах элемента И 24 одновременно появляются две единицы, что приводит к появлению единицы на его выходе. Следующим после этого импульсом опорного генератора 2 триггер 14 также устанавливается в 1, и на втором входе элемента И 24, а значит, и на выходе появляется О. Импульс с выхода элемента И 24 проходит через элемент ИЛИ 27 и через коммутатор 30 поступает на вход счетчика 5.

Таким образом, после переполнения счетчика 4 следующий импульс на выходе элемента И 21 вызывает появление на входе счетчика 5 двух импульсов, чем и обеспечивается коррекция нелинейности характеристик датчика 1 расхода, изображенных на фиг, 3.

Датчик 37 температуры вырабатывает сигнал, частота которого зависит от температуры. Счетчик 8 непрерывно подсчитывает импульсы опорного генератора 2. При переполнении счетчика 8 запускается одно- вибратор 32, который вырабатывает короткий импульс. Длительность этого импульса меньше периода сигнала опорного генератора 2. Этот импульс устанавливает в 1 триггеры 15 и 16, переносит в регистр 33 число из счетчика бив регистр 34 число из счетчика 7, а также переносит число, набранное первой группой 17 коммутирующих элементов, в счетчик 7 и число, набранное второй группой 18 коммутирующих элементов, в счетчик 6. После этого начинается подсчет импульсов от датчика 37 температуры счетчиками 6 и 7. Причем счетчик 6 считает эти импульсы до тех пор, пока число в счетчике 8 не станет равным числу, набранному в третьей группе 19 коммутирующих элементов. Когда это произойдет, срабатывает блок 35 сравнения и устанавливает в О триггер 15. Элемент И 25 закрывается для импульсов датчика 37 температуры, и счетчик 6 прекращает подсчет импульсов. Аналогично в момент равенства числа в счетчике 8 числу, набранному в четвертой группе 20 коммутирующих элементов, происходит сигналом с выхода блока 36 сравнения установка в.О триггера 16. Закрывается элемент И 26, и прекращает счет импульсов датчика 37 температуры счетчик 7. Числа в счетчике б и 7, которые переносятся в регистры 33 и 34, зависят от чисел, набранных во всех четырех группах 17-20 коммутирующих элементов, и от температуры.

Соответствующей установкой чисел коммутирующими элементами добиваются линейной зависимости частоты на входе счетчика 5 от расхода, независимо от производительности и температуры, т.е. независимо от нелинейности характеристики датчика 1 расхода и ее изменения от температуры в результате изменения вязкости жидкости.

Частота датчика температуры равна

fe fft + S0

(1)

0

5

0

5

0

5

0

е -ра

где f6o - частота датчика температуры при О С, Гц;

S - крутизна характеристики датчика температуры, Гц/°С;

0- температура, °С.

Частота импульсов, поступающих на вход счетчика 5 (fs) результата, определяется из выражения

t - t n + 1til

f5 fax n ,(2)

где fax - частота импульсов с выхода датчика 1 расхода;

п- число импульсов с датчика 1 расхода, на которые приходится одно переполнение счетчика 4.

Знак - относится к случаю, когда характеристика зависимости импульс-фактора от расхода имеет вид, представленный на фиг. 2, В этом случае импульсы на вход счетчика 5 поступают с выхода элемента И 22.

Знак + относится к случаю, представленному на фиг. 3, когда импульсы на вход счетчика 5 результата поступают с выхода элемента ИЛИ 27.

n -5i&

п Ж

где N4 - коэффициент пересчета счетчика 4;

AN - число импульсов, поступающее на

вход счетчика 4 в течение одного периода

fex.

AN TBxfo-N3,(4)

где Тех 1/fex,

fo - частота сигнала опорного генератора 2.

Подставляя (4) в (3), а затем (3) Б (2), получим

-N3 (1±l5).(5)

N4

Для линеаризации характеристики расходомера необходимо, чтобы Ыз --- в

вхмакс

диапазоне изменения температуры

0 - & и, соответственно, вязкости v. При нижнем значении температуры

N31 Ni7-(fe0 +S0)T20,(6)

где Т2о -.время счета импульсов, поступаю- щих от датчика 37 температуры в счетчик 7, задается группой 20 коммутирующих элементов;

NU-число, задаваемое группой 17 ком- мутирующих элементов.

При верхнем значении температуры

N3 Ni7-(fe0 + SO )T20,

(7)

Из системы уравнений (6) и (7) определим Тао и Ni

Т20

seel1 - e)

(8)

Ni7-N3 + (f 80 + (9)

Значения Мз и Мз определяются по характеристике датчика 1 расхода to

(Ю)

(11)

вхмакс

где fax макс и fjjx макс - значение частоты датчика 1 расхода при максимальном расходе (Омакс) в начале и конце температурного диапазона, соответственно.

Значение N20, задаваемое группой 20 Коммутирующих элементов, определяется ИЗ выражения

N20 T2o-fo(12)

Значение N4 определяется при нижнем значении температуры

N41 Ni8 + (f&o + S6l )Ti9,(13)

где Tig - время счета, задаваемое группой 19 коммутирующих элементов;

N18-число, задаваемое труп пой 18 коммутирующих элементов.

N4 Nl8 + (f0

Отсюда

N Ц - N Ь

119 -s eP-04 S® ).Т19,

(14)

(15) (16)

Nl9 Tl9 to

N18-N4 -(f&o + SGI )T19

Значение Nig задаваемое группой 19 коммутирующих элементов, определяется из выражения

(17)

Значения N 4 и N4 определяются по характеристике датчика 1 расхода с учетом выражения (5)

f°--N3 Т.

(18)

(19)

К гр Крро

где КГр„ - значение импульс-фактора датчика, номинальное;

Кгр -значение импульс-фактора датчика

при Јасходе Омин и температуре (вязкости) G ; Кгр - значение импульс-фактора при расходе Омин и температуре (а соответственно, вязкости), 01

( b. N J, Е«мин(20)

0

5

0

5

0

5

0

0

5

м I

N А

G

- N 5) Кг

Ро

-Кг,

(21)

К гр i4po

Поскольку расчет значений NS и N4 производится для значений расходов Омакс и Омин, то в этих точках происходит точная линеаризация.

Таким образом, устройство учитывает изменение импульс-фактора датчика расхода от величины расхода и его изменение в зависимости от изменения вязкости жидкости.

Формула изобретения Устройство для измерения суммарного расхода жидкостей, содержащее тахомет- рический датчик объемного расхода, первый, второй и третий счетчики, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой триггеры, первый, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, опорный генератор, две группы коммутирующих элементов, инвертор, первый одновибра- тор, коммутатор и цифровой индикатор, при этом выход датчика расхода подключен к D-входу первого триггера, выход которого подключен к первому входу первого элемента И и к D-входу второго триггера, инверсный выход которого подключен ко второму В.ХОДУ первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, входу разрешения предварительной установки первого счетчика, к S-входу четвертого триггера. D-вход которого заземлен, первому входу элемента ИЛИ и через инвертор к С-входу третьего триггера, D-вход которого заземлен, инверсный выход третьего триггера подключен ко второму входу второго элемента И и к D-входу пятого триггера, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И и к D-входу шестого триггера, инверсный выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента И, выход которого под- ц ключей ко второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу коммутатора, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, выход опорного генератора подключен к С-входам первого, второго, пятого и шестого триггеров, счетному входу первого счетчика и первому входу третьего элемента И, ко второму входу которого подключен инверсный выход четвертого триггера, выход третьего элемента И подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого через одно- вибратор подключен к S-входу третьего триггера и к входу разрешения предварительной установки второго счетчика, выходы третьего счетчика подключены к входам

цифрового индикатора, выход первого счетчика подключен к С-входу четвертого триггера, инверсный выход опорного генератора подключен к третьему входу второго элемента И, выход которого подключен ко второму входу коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены четвертый, пятый и шестой счетчики, седьмой и восьмой триггеры, второй одновибратор, первый и второй регистры, пятый и шестой элементы И, первый и второй блоки сравнения, третья и четвертая группа коммутирующих элементов, датчик температуры, причем выход датчика температуры подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, ко вторым входам которых подключены выходы соответственно седьмого и восьмого триггеров, к S-входам которых подключены выходы первого и второго блоков сравнения, к первым входам первого и второго блоков сравнения подключены выходы шестого счетчика, ко вторым входам первого блока сравнения подключена третья группа

коммутирующих элементов, ко вторым входам второго блока сравнения подключена четвертая группа коммутирующих элементов, к счетному входу шестого счетчика подключей выход опорного генератора, выход старшего разряда шестого счетчика через второй одновибратор подключен к R-входам седьмого и восьмого триггеров, к входам переноса информации в первый и второй

регистры и к входам разрешения предварительной установки четвертого и пятого счет- чиков, к счетным входам которых подключены выходы соответственно пятого и шестого элементов И, выходы первой и

второй групп коммутирующих элементов подключены к информационным входам -предварительной установки соответственно четвертого и пятого счетчиков, выходы которых подключены к информационным

входам соответственно первого и второго регистров, выходы которых подключены к информационным входам предварительной установки соответственно первого и второго счетчиков.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения расхода жидкостей. Целью изобретения является повышение точности измерения расхода за счет снижения систематической погрешности измерения, вызванной температурными изменениями вязкости жидкости, расход которой измеряется. Устройство работает по методу добавления или вычитания одного импульса на N входных импульсов датчика, где N зависит от расхода. В устройстве предусмотрены два наборных поля для регулировки длительности поступления импульсов от датчика 37 температуры в счетчики 6 и 7, один из которых воздействует на смещение величины максимального расхода, при котором еще происходит коррекция от Омэкс до Омакс, а другой - на смещение импульс-фактора от к р до Кгр. 3 ил.

Krp0

QMUH

(ffo.MUH)

Риг. 2

QMUH (ffa мин)

Фиг.З

У макс Q MQKC. Q ix.HOKc РЬ.макс)

КС

(бг.накс) (8х,макс)