Устройство для измерения расхода газа Советский патент 1992 года по МПК G01F1/00 

UXP -KAP AP + UcM,

(4)

Ut Uni RT/4R.

(11)

Использование: техника измерения расхода газа в системах кондиционирования воздуха. Сущность изобретения: преобразователи давления 2, перепада давления 3 и температуры 5 соединены со схемой 16 преобразования и электрической цепью со светодиодом 14. Умножающие цифроанало- говые преобразователи 23 и 24 соединены последовательно между собой и лараллель- но с выходом двоичного реверсивного счетчика 22. а выход умножающего цифроаналогового преобразователя соединен г входом компаратора 17. Диоды 11 включены в цепи контроля исправности. 1 ил.

где К др - коэффициент преобразования датчика перепада давления,

UCM - напряжение холостого хода датчика перепада давления.

Учитывая (4), напряжение на выходе преобразователя 3 перепада давления

UAP -К2(КДР -АР LU - UCM)

К,

др

ДР,

(5)

где К2 - коэффициент усиления развязывающего усилителя датчика давления, входящего в преобразователь 3 перепада давления.

Поскольку напряжение UAp поступает на второй вход схемы 16 преобразования и этот вход схемы преобразования является входом АЦП, работающего в следящем режиме, то значение цифрового кода N на выходе АЦП соответствует напряжению . т.е.

N -К3 идр,(6)

где Кз - постоянный коэффициент.

Подставив (5) в (6) получают

35 Тогда напряжение UT на выходе инвертирующего дифференциального усилителя 10 равно

40

UT Uni Rr/4R, (12)

где Кз - коэффициент усиления инвертирующего дифференциального усилителя 10.

Если в качестве датчика температуры газа использовать термометр сопротивле- ния типа ТСМ, то его сопротивление Rt при температуре t°C равно

Rt Ro (1 + «t),

(13)

где Ro - сопротивление датчика температуры при 0°С;

п- температурный коэффициент сопротивления.

Если построить по градуировочным таблицам зависимость Rf f(T), то сопротивление датчика температуры типа ТСМ с погрешностью менее десятой доли процента в широком диапазоне изменения температуры газа можно описать соотношением

Ri Kg Т,

(14)

где Ks - постоянный коэффициент;

Т - температура газа. °К.

Учитывая (14), соотношение (12) можно переписать в виде

UT -IOii 5 Un 1 T/4R

(15)

Напряжение U2 на выходе второго умножающего ЦАП 23 формируется аналогично напряжению Ui на выходе схемы 16 преобразования по соотношению (8) и равно

U2 UT N

ВЫХ.

(16)

где NBUX - значение двоичного кода на выходе двоичного реверсивного счетчика 22.

Поскольку этот же цифровой код с выхо- да двоичного реверсивного счетчика 22 поступает на цифровой вход третьего умножающего ЦАП 24, то учитывая (16), напряжение Уз на его выходе, а значит, и на втором входе компаратора 17 напряжения равно

U3 2 n -Мвых U2 2 n -Nm.x -2 n «Ur. NBb,x 2 2n Nnwx2 UT. (17) Подставив (15) a (17) получают

Уз - -2 2n Мвых2 К - Ks

Uni T/4R.

(18)

Если Ui Уз то на выходе компаратора 17 напряжения имеется логический О, который поступает на первый вход первой логической схемы ИЛИ 19 и через инвертор 18 уровнем логической 1 поступает на первый вход второй логической схемы ИЛИ 20. В результате при непрерывной работе генератора 21 тактовых импульсов на входе обратного счета двоичного реверсивного счетчика 22 имеется постоянная логическая 1, а на вход прямого счета двоичного реверсивного счетчика 22 поступают тактовые импульсы. Следовательно, значение двоичного кода на выходе двоичного реверсивнр- го счетчика 22 возрастает до тех пор, пока напряжение Уз на выходе третьего умножающего ЦАП 24 не станет равным напряжение Ui на выходе схемы 16 преобразования.

Если Ui Уз, то на выходе компаратора 17 напряжения имеется логическая 1, которая поступает на первый вход первой логической схемы ИЛИ 19 и инвертор 18.

Тогда на входе прямого счета Двоичного реверсивного счетчика 22 имеется постоянная логическая 1, а на первом входе второй логической схемы ИЛИ 20 - логический О.

В результате импульсы с генератора 21 тактовых импульсов проходят на вход обратного счета двоичного реверсивного счетчика 22, уменьшая значение двоичного кода NBbix на его выходе, в результате чего напряже0 ние Уз уменьшается до тех пор, пока не сравняется с напряжением Ui.

Следовательно, устройство автоматически поддерживает равенство напряжений Ui и 1)з на входе компаратора 17 напряже5 ний, т.е. с учетом (9) и (18) можно записать Ui Уз или

-2 п KiK2K3KpKdp P АР - Мвых К Кб Решив уравнение Мпых. получают

Мг

К4 К5 U,, 1 2 п

АР Р.

(20)30

Уравнение (20) можно переписать в виде

k

АР Р Т

(21)

35

где

к У JkJkiLilR

К К5 Un 1 2 п

и представляет собой постоянный коэффициент масштаба и размерности.

Таким образом, значение двоичного кода Ывых на выходе двоичного реверсивного счетчика 22 характеризует расход газа в трубопроводе и является выходным сигналом устройства в целом.

При обрыве датчика давления, входящего в преобразователь 2 давления, или датчика перепада давления, входящего в преобразователь 3 перепада давления, напряжение на выходе преобразователя 2 давления и на выходе преобразователя 3 перепада давления становится равным произведению напряжения UCM на коэффициент усиления развязывающих усилителей, входящих в преобразователи 2 и 3, но противоположного знака, поэтому соответствующий диод 11 открывается и загорается диод 14. выполненный в виде светодиода,

что сигнализирует об обрыве датчика давления или перепада давления.

При обрыве датчика 4 температуры потенциал узла, соединяющий резисторы 6 и 7, нулевой потенциал, а потенциал узла, соединяющий резисторы 8 и 9. равен Un 1/2 (поскольку сопротивление резисторов 8 и 9 одинаково).

Разностный сигнал с вторичного преобразователя 5 температуры равный Un 1/2, усиливается инвертирующим дифференциальным усилителем 10 и на его выходе присутствует высокий положительный потенциал. В результате-этого третий диод 11 открывается, загорается диод 14, выполненный в виде светодиода. что сигнализирует об обрыве датчика 4 температуры.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для измерения расхода газа заключается в том, что его внедрение позволит уменьшить по сравнению с прототипом погрешность измерения расхода газа. Это даст экономию расхода газа, поскольку каждый кубический метр газа содержит его на самом деле больше на значение погрешности устройства измерения -его расхода. В предлагаемом устройстве информация о расходе представлена в цифровом коде, поэтому ее можно непосредственно использовать совместно с цифровыми индикаторами либо, при необходимости, вводить в систему сбора информации без предварительного преобразования

Формула изобретения Устройство для измерения расхода газа, содержащее преобразователь давления, соединенный с анодом первого диода и первым входом схемы преобразования, преобразователь перепада давления, соединенный с анодом второго диода и вторым входом схемы преобразования, датчик температуры, третий вход схемы преобразования, выход схемы преобразования и источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности расширения диапазона измерений и улучшения условий эксплуатации, в него введены ограничивающий резистор, вторичный преобразователь

температуры, содержащий резисторный мост, первая диагональ которого соединена с входами инвертирующего дифференциального усилителя с выходом, схема преобразования содержит аналого-цифровой преобразователь, соединенный с цифровым входом первого умножающего цифроанало- гового преобразователя, выход которого соединен с первым входом компаратора

напряжений, выход которого соединен с первым входом первой логической схемы ИЛИ и через инвертор с первым входом второй логической схемы ИЛИ, вторые входы первой и второй логических схем ИЛИ

соединены с генератором тактовых импульсов, а выходы логических схем ИЛИ соединены соответственно с входами прямого и обратного счета двоичного реверсивного счетчика, к выходу которого параллельно

подключены цифровые входы второго и третьего умножающих цифроаналоговых преобразователей, у которых аналоговый выход второго умножающего цифроанало- гового преобразователя соединен с аналоговым входом третьего умножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого соединен с вторым входом компаратора напряжений, при этом вход аналого-цифрового преобразователя

является вторым входом схемы преобразования, а аналоговый вход первого умножающего цифроаналогового преобразователя является первым входом схемы преобразования, датчик температуры включен в плечо

резисторного моста, вторая диагональ которого подключена к источнику питания, к выходу дифференциального усилителя параллельно подключены аналоговый вход второго умножающего цифроаналогового

преобразователя и анод третьего диода, катоды первого, второго и третьего диодов соединены с анодом четвертого диода, выполненного в виде светодиода, катод которого через ограничивающий резистор

5 соединен с источником питания, выход двоичного реверсивного счетчика является выходом схемы преобразования, а аналоговый вход второго умножающего цифроаналогового пре разователя является третьим

0 входом схемы преобразования.