Устройство для измерения расхода жидкости или газа Советский патент 1992 года по МПК G01F1/36 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкости или газа.

Известен расходомер, содержащий датчики давления,подключенные к системе обработки сигналов датчиков.

Недостатком известного устройства является его конструктивная сложность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является расходомер, содержащий сужающее устройство, сильфонный дифма- нометр с индуктивным датчиком и аналоговый вторичный преобразователь.

Недостатками известного устройства являются низкие чувствительность и помехоустойчивость, обусловленные протяженностью соединительного тракта и одноканальной схемой преобразования.

Цель изобретения - повышение чувствительности и помехоустойчивости.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения расхода жидкости или газа.

Устройство содержит индуктивный датчик 1 расхода в сборэ, отверстия 2 и 3, образующие сужающее устройство, штуцеры 4 и 5, корпус 6, дренажные отверстия 7, 8, 39, 40, сильфонные упругие элементы 9 и 10, высокопроводящие немагнитные экраны 11 и 12, индуктивные чувствительные элементы 13 и 14 (резонаторы С типа), диэлектрическую плату 15, автогенераторы 16 и 17, перемычки 18, крышку 19 корпуса датчика, перегородки 20 и 21.

Элементы 22-38 совместно с автогенераторами 16 и 17 образуют электросхему устройства, в которую входят суммирующие счетчики 22, 23, 25, генератор 24 импульсов; элемент ИЛИ 17. вычитающий счетчик 28; задатчик кода 29; одновибраторы 30. 31, 33; регистр 32; постоянное запоминающее устройство 34 (ПЗУ); выходные информационные шины 35; дешифратор 36; индикатор 37; элемент 38 задержки.

Контролируемый поток жидкости или газа, проходя отверстия 2 и 3 создает перепады давления Д Pi Pi - Ро и Д Р2 Р2 - Ро. действующие на стенки элементов 9 и 10

СО

с

XI

со ю

N3 О

кэ

соответственно (здесь Ро - опорное или атмосферное давление), Выходные частоты f i и f2 являются функциями величин A Pi и Д Р2 соответственно.

Разность перепадов А Р Л PI -A P2 ш Pi - Р2 однозначно зависит от массового расхода жидкости. Для несжимаемой жидкости имеет место следующая формула:

G a S3 V2p(Pi-P2). 0)

где Зз - площадь отверстия 3; р - плотность жидкости.

(2)

&

где ju - коэффициент сужения потока;

О2

$2 - площадь отверстия 2;

Ј- коэффициент, учитывающий потери на трение.

Соответствующим выбором $2 и Зз можно обеспечить измерение как достаточно малых расходов (от 0,1 г/с и выше), так и достаточно больших (до 1 к г/с).

Например, при чувствительности датчика к перепаду давления от 1 Па и выше при 32 1,2 см2, Зз 0,2 м2 возможно измерение расхода жидкости от 0,95 г/с и выше. Высокая чувствительность датчика к перепаду давлений обеспечивается за счет сильного воздействия высокопроводящих немагнитных экранов 11 и 12 на эквивалентные индуктивности плоских спиралей 13 и 14 и за счет малой жесткости сильфонов 9 и 10. Идентичная конструкция первого и второго каналов датчика 1 является условием эффективной компенсации влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения при совместной обработке частотных сигналов fi и f2 датчика.

Преобразование частот f i и f2 в прямой цифровой код расхода жидкости или газа осуществляется с помощью элементов 22- 37 устройстваДсм. фиг.1). Временная диаграмма работы устройства приведена на фиг,2. Частотные сигналы fi и f2 датчика 1 преобразуются в коды NI и№ соответственно с помощью счетчиков 22 и 23, осуществляющие преобразование расхода жидкости или газа в частотные сигналы f i и f2, зависящие от перепадов давлений в проточном канале переменного сечения, образованном отверстиями 2 и 3. Жидкость или газ подводятся и отводятся к датчику 1 с помощью штуцеров 4 и 5, выполненных на корпусе б датчика. Давление Pi через отверстие 8 воздействует на сильфок 10. Внутренняя полость датчика 1 сообщается с атмосферой через отверстия 39 и 40. За0

5

глушки 11 и 12 воздействуют на эквивалентную индуктивность плоскоспиральных ин- дуктивных элементов 13 и 14 соответственно. Элементы 13 и 14 размещены на диэлектрической пластине 15 и соединены перемычками 18 с автогенераторами 16 и 17, расположенными на противоположной стороне пластины 15. Пластина 15 защемлена между корпусом 6 и крышкой 19 датчика, причем элементы 13, 16 и 14, 17 разделены попарно экранирующими перегородками 20 и 21. Выходные частоты fi и f2 являются функциями перепадов давления, действующих на стенки сильфонов 3 и 4

Јo-s.

впiЈi к

)ьс, -кь.е

«ер Г

(ci«е0

., ЬРг и«

К

(«i,

где Сщ,Сн2- начальные значения емкостей ВЧ-резонатороВ) образованных элементами 13 и 14 соответственно;

Si, 32 - площади проводников, образующих элементы 13 и 14;

LCI. Lc2 - собственные индуктивности элементов 13 и 14;

KL - коэффициент влияния экранов 11 и 12 на элементы 13 и 14, соответственно;

Ki 6-8 - коэффициент показателя степени;

Во. Go начальные значения зазоров между элементами-11 и 13,12 и 14;

Кж - коэффициент жесткости сильфонов 9 и 10.

(5)

- т

5

0

22(6)

fon - частота следования импульсов на выходе генератора 24;

К- коэффициент усреднения импульсоз fon в счетчике 25 интервала счета Ui;

m - число переполнений счетчиков 22 и 23 за интервал счета 1;

п - число двоичных разрядов счетчиков 22 и 23.

Коды NI и N2 подаются на входы цифрового компаратора 26, а результат сравнения этих кодов выдается на его выходах в виде сигнала Uz (код NJ равен коду N2) или сигна- 5 ла Уз (код NI больше кода Na). Выбор значений частот f i и f2 в датчике 1 и частоты fon обеспечено выполнение условия при любых значениях расхода и одинаковое число переполнений счетчиков 22 и 23 за время

счета. Поэтому в конце интервала Ui всегда формируется сигнал Us 1 и с момента t2 (см. фиг.2) сигналом 1)4 с выхода элемента

27разрешается досчет числа периодов частоты f2 в счетчике 28, который установлен в состояние No по сигналу Us. Код No задается с помощью задатчика 29. Сигнал Us формируется одновибратором 30 по заднему фронту интервала Ui, а по переднему фронту U, формируемому одновибратором 31, обеспечивается очистка счетчиков 22 и 23 перед началом счета.

Досчет частоты fa в счетчиках 23 и 28 осуществляется до достижения равенства кодов NI и№. При равенстве кодов на входах компаратора 26 формируется сигнал 1)2 1 (с момента ta на диаграмме фиг.2), а код NA, сформированный на выходах вычитающего счетчика 28 заносится в регистр 32 по переднему фронту Ue сигнала U2, формируемому одновибратором 33. С выходов регистра 32 код NA подается на адресные входы ПЗУ 34 и сопровождается сигналом Ug, разрешающим выборку информации из ячейки ПЗУ 34 с адресом NA. В ПЗУ 34 хранятся двоично-десятичные коды Мр расхода жидкости, соответствующие данному соотношению частот fi и h датчика. Коды Np с выходов ПЗУ 34 выдаются по шинам 35 на выход устройства и на входы дешифратора 36. Дешифратор 36 преобразует двоично- десятичные коды Np в коды индикатора 37, в котором высвечивается результат измерения. Через элемент 38 задержки по факту равенства кодов в счетчиках 22 и 23 осуществляется перезапуск устройства (сигналом Us). Значение кода предустановки счетчика

28выбирают по условию No NiMaKc - №мин. где NiMaKc - М2мин - предельное значение разности кодов NI и N2, формируемых на выходах счетчиков 22 и 23.

Число значений NK кода Np, индицируемых в индикаторе 37, определяется емкостью ПЗУ 34 и коэффициентом Кн нелинейности характеристики ВЧ датчика 1

-Ј

NH

где Na - число ячеек ПЗУ 34;

о

Кн коэффициент нелинейности

ОМИН

характеристики датчика;

Знаке, Змин-максимальный и минимальный коэффициенты преобразования пере

пада давления в изменение разности частот fi и f2.

Формула изобретения Устройство для измерения расхода жид- 5 кости или газа, содержащее сужающее устройство с подключенным к нему сильфонным дифманометром с индуктивным датчиком давления, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительно0 сти и помехоустойчивости, в него введены первый и второй автогенераторы, подключенные к индуктивнрму датчику давления, первый, второй и третий суммирующие счетчики, цифровой компаратор, первый, второй

5 и третий одновибраторы, генератор импульсов, задатчик кода, элемент ИЛИ, элемент задержки, последовательно соединенные вычитающий счетчик, регистр, постоянное запоминающее устройство, дешифратор и

0 индикатор, при этом выход первого автогенератора соединен со счетным входом пер- суммирующего счетчика, подключенного выходами к первой группе входов цифрового компаратора, выход вто5 рого автогенератора соединен со счетными входами вычитающего счетчика и второго суммирующего счетчика, подключенного выходами к второй группе входов цифрового компаратора, подключенного первым вы5 ходом к первому входу элемента ИЛИ и к входу разрешения вычитающего счетчика, а вторым выходом через элемент задержки - к входу обнуления третьего суммирующего счетчика и через первый одновибратор - к

0 входу записи регистра, выход старшего разряда которого соединен с входом разрешения выборки постоянного запоминающего устройства, выход генератора импульсов подключен к счетному .входу третьего сум5 мирующего счетчика, соединенного выходом с входами разрешения первого суммирующего счетчика и цифрового компаратора, с вторым входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу разреше0 ния второго суммирующего счетчика, а также через второй одновибратор с входами обнуления первого и второго суммирующих счетчиков, через третий одновибратор - с входом управления предварительной уста5 новкой вычитающего счетчика, и со своим входом разрешения, выходы задатчика кода подключены к входам предварительной установки а ычитающего счетчика.

i f //

Изобретение относится к расходомет- рии и позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость расходомеров жидкости или газа. Жидкость или газ подводятся к датчику расхода. Выходной сигнал датчика является функцией перепада давления воз- никэющего в датчике. Полученный частотный сигнал преобразуется в цифровой код, который затем корректируется с учетом возможных погрешностей преобразования Результат измерения высвечивается на индикаторе. 1 ил.