Расходомер Советский патент 1992 года по МПК G01F1/86 

выход которого соединен с вторым входом элемента И и входами первого и второго блоков выделения первого импульса, выходы которых подключены соответственно к второму и первому входам триггера, выход триггера соединен с входом записи регистра и входом блока преобразования временных интервалов в код. выходы разрядов которого соединены с информационными входами дешифратора, а выходы дешифратора -с входами второго блока индикации, выход блока формирования временных интервалов подключен к входу формирователя импульсов, выход которого соединен с входом запуска второго блока выделения первого импульса, а вход запуска первого блока выделения первого импульса - с входом установки второго сумматора и выходом кодового преобразователя, выходы разрядов блока измерения частоты соединен с информационными входами блока формирования временных интервалов.

На фиг. 1 представлена структурная схема расходомера; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие алгоритм работы расходомера.

Расходомер содержит блок 1 измерения частоты, преобразователь 2 расхода, компаратор 3, блок 4 преобразования временных интервалов в код. дешифратор 5. блок 6 сравнения кодов, блок 7 формирования временных интервалов, элемент И 8. триггер 9, блок 10 индикации второй, шифратор 11, первый 12 и второй 13 сумматоры первый 14 и второй 15 блоки выделения первого импульса, первый блок 16 индикации, регистр 17, кодовый преобразователь 18, преобразователь 19 плотности, формирователь 20 импульсов, выходные шины 21 22 и 23.

Выход преобразователя 2 расхода подключен к входу блока 1 измерения частоты, выходы разрядов которого соединены с информационными входами блока 7 формирования временных интервалов и информационными входами блока 6 сравнения кодов, выходы блока 6 сравнения кодов подключены к входам шифратора 11, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов сумматора 12. выходы разрядов сумматора 12 соединены с информационными входами регистра 17. а выходы разрядов регистра 17 - с выходами блока 16 индикации, выход преобразователя 19 плотности подключен к входу кодового преобразователя 18, выходы разрядов которого соединены с информационными входами сумматора 13. а выходы разрядов сумматора 13 - с второй группой входов сумматора 12, вход записи сумматора 13 подключен к выходу элемента 1/1 8, первый

вход которого соединен с выходом триггера 9 и входом запуска блока 7 формирования временных интервалов, выход преобразователя 2 расхода подключен к входу компаратора 3, выход которого соединен с вторым входом элемента И 8 и входами блоков 14 и 15 выделения первого импульса, выходы которых подключены соответственно к второму и к первому входам триггера 9, а входы

0 запуска - соответственно к управляющему выходу кодового преобразователя 18 и к выходу формирователя 20 импульсов, вход которого прдключен к выходу блока 7 формирования временных интервалов, входы

5 блока 10 индикации подключены к выходам дешифратора 5, информационные входы которого соединены с выходами раазрядов блока 4 преобразования временных интервалов в код, выходы разрядов которого сое0 динены с шиной 23, а вход соединен с выходом триггера 9, шиной 22 и входом за- писи регистра 17, выходы разрядов которого соединены с шиной 21, вход установки сумматора 13 подключен к управляющему

5 выходу кодового преобразователя 18, причем инвертирующий вход компаратора 3 соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирующий вход является его входом.

0Времена задержек распространения

сигнала Т3д14 и Х3д15 соответственно блоками 14 и 15 входят в следующие выражения:

+ Тзд9); t зд8 (1ЗД15 + Тзд9),

5 где t Зд8 - время задержки распространения сигнала элементом И 8;

tsfl9 - время задержка распространения сигнала триггером 9.

Вариант построения кодового преобра0 зователя 18 зависит от вида информативного параметра выходного сигнала преобразователя 19 плотности, использование в качестве которого, например, преобразователя с частотным выходным

5 сигналом определяет применение (для варианта кодового преобразователя 18) блока преобразования частоты в код со следующими параметрами:

длительность импульса ту на управляю5 щем выходе

7 зап14 - Ту ту I смин

Ту tycro ,

где Г3ап14 длительность сигнала запуска для блока 14 выделения первого импульса; Тсмин длительность минимального периода выходного сигнала преобразователя

2 расхода:

Туст.о время установки в нулевое состояние сумматора 13;

временной интервал преобразования г Пр.18 информативного параметра входного сигнала в код определяется равенством

Т пр18 пр1,

где ГпрЧ - временной интервал преобразования частоты в код блоком 1 измерения частоты;

период преобразования ТПрш (длитель- ность одного цикла измерений расходомера) определяется соотношением

Тпр18 Тпр1 Т пр18 + Т|макс + 2Тсмакс.

где ТПр1 - период преобразования частоты в код блоком 1 измерения частоты;

Т|макс - максимальный временной интервал измерений блока 7 формирования временных интервалов;

Тсмакс - максимальный период сигнала преобразователя 2 расхода:

периоды преобразования Tnpi8i синхронны периодам преобразования ТПрИ. что обеспечивается, например, одновременной подачей импульса установки на соответствующие входы блоков 1 и 18 при включении питания расходомера или от внешней системы при совместной работе.

Формирователь импульса 20 представляет собой формирователь коротких импульсов, работающий по заднему фронту входного сигнала, с длительностью импульса т G1 на выходе

Г зал 15 ТС1 2 ТСмин ,

где Т3ап15 - длительность сигнала запуска для блока 15 выделения первого импульса.

Тсмин длительность минимального периода сигнала преобразователя 2 расхода.

Диапазон измерений расхода делится на i количество пределов посредством апп- роксимации отрезками прямых линий нелинейной характеристики (зависимость расход, ось ординат, частота выходного сигнала, ось абсцисс) преобразователя 2 расхода; каждый полученный i-й участок описывается следующими параметрами:

tg u - тангенс угла наклона отрезка прямой линии к оси абсцисс характеристики:

bj - величина начального смещения по оси ординат, получаемая от пересечения продолжения отрезка прямой линии с осью ординат характеристики.

Алгоритм выполнения измерений массового расхода QM построен в соответствии с выражением

QM fcfri + Гх) р+ Ь| fcT р + bi -- Пср + bi.

где fc - частота выходного сигнала преобразователя расхода:

г i-основной временной интервал измерений в i-ом пределе, численно равный соответствующему значению tgai;

tx- дополнительный временной интервал измерений;

р- плотность измеряемой среды;

bi - величина начального смещения по оси ординат характеристики преобразователя расхода относительно начала координат в i-ом пределе;

TO- временной интервал осреднения, за который определяется значение QM;

пс - количество периодов сигнала преобразователя расхода на временном интервале осреднения т0.

Расходомер работает следующим образом.

В исходном состоянии (интервал времени, равный Гпр18) на выходах дешифратора 5, блока 6 сравнения кодов и на выходах разрядов (блока 1 измерения частоты, блока 4 преобразования временных интервалов в код. шифратора 11. сумматора 12 и 13, регистра 17 и кодового преобразователя 18 присутствует соответствующая информация от предыдущего цикла измерения или произвольная - при включении питания расходомера; присутствуют сигналы на выходах преобразователя 2 расхода (фиг. 2а), компаратора 3 (фиг. 26) и преобразователя 19 плотности; отсутствуют сигналы на выходах блока 7 формирования временных интервалов, элемента И 8, триггера 9, блоков 14 и 15 выделения первого импульса и формирователя 20 импульсов; в блоке 6 сравнения кодов записаны коды, соответствующие значениям верхних границ 1-х пределов измерений, а в шифраторе 11 - коды, соответствующие значениям bi для i-x пределов измерений; в блоке 1 измерения частоты и кодовом преобразователе 18 идут соответствующие процессы преобразования; частота следования импульсов на выходе компаратора 3 равна частоте выходного сигнала преобразователя 2 расхода.

По окончании временного интервала преобразования на выходах разрядов блока

1измерения частоты и кодового преобразователя 18 устанавливаются коды, соответствующие текущим значениям соответственно частоты выходного сигнала преобразователя

2расхода и плотности измеряемой среды. На управляющем выходе (фиг. 2в) кодового преобразователя 18 появляется импульс, который устанавливает в нулевое состояние сумматор 13 и запускает блок 14 выделения первого импульса. Выходной код кодового преобразователя 18 поступает на информационные входы сумматора 13, а выходной

код блока 1 измерения частоты - на информационные входы блока 7 формирования временных интервалов и блока 6 сравнения кодов. В последнем происходит сравнения кода текущего значения частоты сигнала преобразователя 2 расхода с кодами, соответствующими границам пределов измерений, что по результатам сравнения определяет текущий i-й предел измерений и установку на соответствующем i-ом выходе уровня логической 1. Уровень логической 1 по i-му входу шифратора 11 устанавливает на его выходах код значения Ьь соответствующего текущему i-му пределу измерений, который поступает на первую группу входов сумматора 12.

На выходе блока 14 выделения первого импульса (фиг. 2г) появляется импульс компаратора 3 (стоящий во времени первым после переднего фронта импульса запуска кодового преобразователя 18 и являющийся маркером начала отсчета целых периодов выходного сигнала преобразователя 2 расхода), который устанавливает триггер 9 в единичное состояние

Переход 01 на выходе триггера 9 (фиг 2д) запускает блок 7 формирования временных интервалов, формирующего длительность основного временного интервала измерений г, в зависимости от кода на его информационных входах Одновременно переход 01 на выходе триггера 9 поступает на вход блока 4 (устанавливая его в нулевое состояние и начиная процесс преобразования временного интервала в код) и первый вход элемента 1/1 8 разрешая прохождение импульсов компаратора 3 (начиная с первого во времени после передке- го фронта импульса запуска кодового преобразователя 18) на вход записи сумматора 13 (фиг. 2ж)

Первый импульс элемента I/I 8 передним фронтом по входу записи записывает в сумматор 13 код, прису ствующий на eio информационных входах и соответствующий текущему значению плотности измеряемой среды р При этом записанный код поступает по второй группе входов в сумматор 12 где происходит его сложение с кодом шифратора 11. Далее каждый последующий импульс элемента И 8 обеспечивает сложение кода на информационных входах сумматора 13 с его кодом, полученном при текущем импульсе на выходе элемента И 8 реализуя тем самым умножение пс на р , причем последующее сложение в сумматоре 12 реализует операцию сложения вида пс р + bi

По окончании.основного временного интервала измерений г, (по его заднему

фронту, фиг 2д) выходной импульс формирователя 20 импульсов (фиг. 2з) запускает блок 15 выделения первого импульса, на выходе которого (фиг. 2и) появляется импульс компаратора 3 (стоящий во времени первым после переднего фронта импульса формирователя 20 импульсов), устанавливающий триггер 9 в нулевое состояние. Причем в данном случае передний фронт

импульса компаратора 3 является маркером конца счета целых периодов сигнала преобразователя 2 расхода.

Переход 10 на выходе триггера 9 запрещает прохождение импульсов компаратора 3 через элемент И 8 на вход записи сумматора 13, останавливает процесс преобразования временного интервала в код в блоке 4 и записывает по входу записи в регистр 17 (с его информационных входов)

результирующий код с выходов разрядов сумматора 12, что для алгоритма работы расходомера является моментом окончания соответствующим во времени заднему фронту временного интервала осреднения Г|на

выходе триггера 9.

На этом цикл выполнения измерений массового расхода QM завершен и полученное значение QM отображено в блоке 16 индикации, а значение временного интервала осреднения т0 (за который определено значение QM) через дешифратор 5 с выходов разрядов блока 4 преобразования временных интервалов в код - в блоке 10 индикации причем

{ Г, + Гх ) Г0 Г, - 1 ; 0 Тх Тсмакс ,

где г, 1 - основной временной интервал измерений в (И)-ом пределе.

При использовании расходомера в составе регулирующей или информационной

системы прием кодов значений QM и Г0 соответственно с шин 21 и 23 осуществляется системой по переходу 10 на шине 22.

Таким образом, в данном расходомере исключена составляющая погрешности измерений от дискретности заполнения временного интервала измерений Г| ВЫХОДНЫМ сигналом преобразователя расхода, поскольку алгоритм выполнения измерений расхода построен таким образом, что во

временном интервале осреднения Г0укла- дывается целое количество периодов сигнала преобразователя расхода. Кроме того, это определяет значительное снижение погрешности измерений мгновенных или высокочастотных пульсирующих расходов (где используются малые времена измерений, соответствующие небольшим количествам периодов сигнала преобразователя расхода) поскольку предельное значение составляющей погрешности измерений от дискретности плюс - минус один период сигнала преобразователя расхода.

Использование такого расходомера в составе системы измерений (СИ) при проведении испытаний изделий за счет его высокой точности позволяет сократить количество испытаний.

Формула изобретения Расходомер, содержащий последовательно соединенные преобразователи расхода, блок измерения частоты, блок сравнения кодов, шифратор, первый сумматор, регистр и первый блок индикации, последовательно соединенные преобразователь плотности, кодовый преобразователь и второй сумматор, группа выходов которого соединена с второй группой входов первого сумматора, а вход записи - с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера и входом запуска блока формирования временных интервалов, группа входов которого соединена с информационными выходами блока измерений частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены компаратор, последовательно соединенные блок преобразования временных интервалов в код, дешифратор и второй блок индикации, а также формирователь импульсов и первый и второй блоки выделения первого импульса, причем вход компарато0 ра соединен с выходом преобразователя расхода, а его выход - с вторым входом элемента И и входами первого и второго блоков выделения первого импульса, выходы которых соединены с входами триггера,

5 выход которого соединен с входом записи регистра и входом блока преобразования временного интервала в код, выход блока формирования временных интервалов через формирователь импульсов соединен с

0 входом запуска второго блока выделения первого импульса, вход запуска первого блока выделения первого импульса соединен с входом установки второго сумматора и выходом кодового преобразователя.