Вибрационный преобразователь расхода Советский патент 1992 года по МПК G01F1/84 

Фиг.1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах автоматического контроля и измерения массового расхода жидкостной смеси в нефтяной, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен вибрационный преобразователь расхода, содержащий консольно защемленный в корпусе упругий патрубок, сообщающийся в месте защемления с контролируемой средой, адаптер, соединенный через преобразователь частот с входом преобразователя напряжение - частота, с входом блока АРУ, с первым входом логометрического преобразователя напряжения в частоту и с первым входом усилителя, соединенного с входом возбудителя и входом преобразователя ток - напряжение, блок АРУ, подключенный к выходу задатчи- ка уставки и второму входу усилителя, и дополнительно делитель и блок вычитания, подключенный первым входом к выходу преобразователя ток - напряжение, вторым входом - через делитель к выходу адаптера, а выходом - к логометрическому преобразо- пэтелю напряжения в частоту,

го недостатком является низкая точ- ностэ.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является измерительный вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный на закрепленных с возможио- Cibio колебаний трубопроводах с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и первым и вторым узлами съема сигнала, блок стабилизации амплитуды колебаний, выход которого соединен с узлом возбуждения колебаний, первый блок формирования сигнала, вход которого соединен с первым узлом съема сигнала, а первый выход - с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второй блок формирования сигнала, вход которого соединен с вторым узлом съема сигнала, временной инвертор, в состав которого входят блок управления, а также блок гальванического разделения, выход которого соединен с входом выходного преобразователя.

Данный преобразователь содержит также преобразователь временного интервала в напряжение и преобразователь напряжения в частоту, выход которого подключен к входу блока гальванического разделения.

Недостатками данного преобразователя являются пониженная надежность, обусловленная наличием промежуточных преобразователей интервала времени в напряжение и напряжения в частоту, и пониженная точность, обусловленная погрешностями этих преобразователей, Понижение точности особенно обусловлено малостью измерительного интервала времени (максимальная величина порядка 200 мкс). В то же время непосредственная подача интервала времени на блок гальванического разделения и использование выходного преобразователя интервала времени также не

позволяют получить высокой точности ввиду малоеги измерительного интервала и неизбежных искажений фронтов импульсов в блоке гальванического разделения.

Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя расхода.

Поставленная цель достигается тем, что в известный вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный на двух закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводах с размещенными на них узпами возбуждения колебаний и первым и вторым узлами съема сигнала, и

электронный преобразователь, причем первый узел съема сигнала через последовательносоединенныепервыйформирователь импульса и блок стабилизации амплитуды колебаний подключен к узлу

возбуждения колебаний, выход второго узла съема сигнала через второй формирователь импульсов подключен к блоку управления, а выход блока гальванического разделения подключен к входу выходного

преобразователя, введены элемент неравнозначности, первый счетчик, последовательно соединенные генератор высокой частоты, делитель и второй счетчик и триггер, подключенный первым входом к первому выходу блока управления и входу предварительной установки второго счетчика, соединенного выходом переполнения с вторым входом т риггера, а входом броса - с инверсным выходом триггера, подключенного прямым выходом через блок гальвани- ческою разделения к преобразователю временного интервала в код, выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к соответствующим входам

элемента неравнозначности, соединенного с входом разрешения счета первого счетчика, подключенного счетным входом к выходу генератора высокой частоты, входом сброса - к второму выходу блока управления, а вы5 ходами - к входам предварительной установки второго счегчика.

На фиг,1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит первичный преобразователь 1 расхода, включающий узел 2 возбуждения колебаний и узлы 3 и 4 съема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний, блоки б и 7 формирования импульсов, элемент 8 неравнозначности, блок 9 управления, генератор 10 высокой частоты, делитель 11 частоты, счетчики 12 и 13, триггер 14, блок 15 гальванического разделения, выходной преобразователь 16, в качестве которого, например, может использоваться преобразователь интервала времени в напряжение или цифровой код.

На фиг.2 изображены следующие диаграммы: 17 и 18 - сигналы на выходе узлов 3 и 4 съемз, 19 и 20 - сигналы на выходе блоков 6 и 7,21 - сигнал ча выходе элемента 8, 22 и 23 - сигналы на втором и первом выходах блока 8, 24 - сигнал на выходе триггера 14.

Преобразователь работает следующим образом.

Узел 2 возбуждения колебаний, узел 3 сьема сигнала и блоки 5 и 6 образуют контур положительной обратной связи, возбуждающий колебания трубопроводов первичного преобразователя 1. При этом блок 5 стабилизирует амплитуду колебаний. Выходные сигналы узлов 3 и 4 (соответственно диаграммы 17 и 18 на фиг.2) поступают на входы блоков 6 и 7, где происходит их сравнение с опорным напряжением Uon, и в ре- зультате сравнения формируются прямоугольные сигналы (диаграммы 19 и 20 соответственно), поймем временной сдвиг между сигналами на диаграммах 19 и 20 представляет собой временной сдвиг между колебаниями трубопроводов, пропорциональный измеряемому расходу. Сигналы с выходов блоков 6 и 7 поступают на входы элемента 8 неравнозначности, на выходе которого формируются в каждом цикле времени импульсные сигналы r-j и Тг (диаграм-- ма 21), причем ri +Г2 -Г0бщ . Величина Тобщ пропорциональна временному сдвигу между входными сигналами и расходу среды через трубопроводы, зависит от материала и конструктивных размеров датчика и составляет примерно 200 мкс при максимальном расходе через трубопроводы. С выхода элемента 8 неравнозначности сигналы т и Г2 подаются на вход разрешения работы счетчика 12, который осуществляет подсчет импульсов с генератора 10 высокой частоты за время TI + тг Г0бщ . Окончание цикла фиксируется блоком 9, на вход которого поступает сигнал с блока 7. После окончания цикла код счетчика 12, равный Ni Г0биЈоп, где f0n частота генератора 9,.

переписывается в счетчик 13 под действием импульса переписи диаграммэ 22) с выхода блока 9 Затем счетчик 12 через время задержки, достаточное для того, чтобы успела

произойти перепись, сбрасывается в нуль импульсом сброса с другого выхода блока 9 (диаграмма 23), Одновременно этим же импульсом триггер 14 приводится в единичное состояние Нг. инверсном выходе триггера

0 14 устанавливается сигнал О, в результате чего счетчик 13 начинает считать импульсы с выхода делителя 11 частоты, при этом счетчик 13 используется в режиме вычитания и записанный в нем код Ni снижается

5 до нуля. По достижении нулевого состояния счетчика 13 изменяется сигнал на его выходе переноса, в результате чего триггер 14 перебрасывается в нулевое состояние. Затем после поступления очередного импуль0 са с блока 7 на блок 9 управления весь процесс повторяется. На выходе триггера 14 при этом образуется последовательность импульсов длительностью (диаграмма 24), причем

25

1м

Мгп

оп

где п - коэффициент деления частоты делителя 11, т е

Iff- Гобщ П.

образом, осуществляется цифровое умножение длительности импульса Тобш на коэффициент п, который может быть выбргн достаточно большим (порядка 40 и

болер)

Далее импульсы с выхода триггера 14 проходят через блок 15 гальванического разделения и преобразуются в выходной сигнал (ток или код) с помощью выходного

преобразователя 16.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе осуществляется цифровое умножение измерительного интервала времени, благодаря чему он передается без погрешнас™ через блок гальванического разделения, а его преобразование с помощью выходного преобразователя осуществляется с большой точностью ввиду большей величины измерительного интервала.

Исключение двух промежуточных аналоговых преобразователей до блока гальваниче- ского разделения позволяет повысить надежность. Дополнительно повышение точности достигается тем, что за период одного колебания трубопровода происходят два замера измерительного интервала ( г-i и г2).

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность в 2 раза за счет

снижения погрешности электронных преобразователей сигнала.

Формула изобретения Вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный на двух закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводах с размещенными на них узлом воз- бужден я кфшбаний и первым и вторым узлами съема сигнала, и выходной преобразователь, причем первый узел съема сигнала через последовательно соединенные первый формирователь импульсов и блок стабилизации амплитуды колебаний подключен к узлу возбуждения колебаний, выход второго узла съема сигнала через второй формирователь импульсов подключен к блоку управления, а выход блока гальванического разделения подключен к входу выходного преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности и надежности в работе, в него введены элемент неравнозначности, первый счетчик, последовательно соединенные генератор высокой частоты, делитель и второй

счетчик и триггер, подключенный первым входом к первому выходу блока управления и входу предварительной установки второго счетчика, соединенного выходом переполнения с вторым входом триггера, а входом

сброса - с инверсным выходом триггера, подключенного прямым выходом к входу блока гальванического разделения, выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к соответствующим входам

элемента неравнозначности, соединенного с входом разрешения счета первого счетчика, подключенного счетным входом к выходу генератора высокой частоты, входом сброса - к второму выходу блока управления а выходами - к входам предварительной установки второго счетчика.

Использование: измерение массового расхода жидкостной смеси в системах автоматического контроля. Сущность изобретения: преобразователь содержит: первичный преобразователь расхода 1. блок стабилизации амплитуды колебаний 5, формирователи импульсов 6 и 7, элемент неравнозначности 8, блок управления 9, генератор высокой частоты 10, делитель частоты 11, счетчики 12 и 13, триггер 14, блок гальванической развязки 15 и выходной преобразователь 16. 1-7-9-12-13-14-15-16, 10-11-13, 1-6-5-1, 7-8- 12,9-14, 10-12. 6-8. 2 ил.

19

SO

Sf

32

S3

24