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

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для измерения расхода жидкостей,

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 (тонкими сплошными линиями) изображена зависимость импульс-фактора К датчика расхода от производительности Опри различных значениях температуры имеющие спадающий; на фиг.2 - возрастающий характер; на фиг.З - блок- схема устройства (стрелками указаны направления увеличения температуры, как видно, они имеют нелинейный характер).

Относительные изменения импульс- фактора от производительности небольшие, пЧзэтому корректировку его производят путем вычитания или добавления импульса к определенному числу выходных импульсов

тахометрического датчика, что можно представить как

febix fex.

где fsbix - частота импульсов после коррекции;

fBx - частота импульсов с выхода датчика;

N- число импульсов с выхода датчика, которое корректируется.

Несмотря на трудоемкость и высокую стоимость калибровки турбинных датчиков она производится во многих точках рабочего диапазона турбину. На фиг.1 показан случай, когда данных точек четыре, разбивающих рабочую характеристику на л 3 участка. Повысить точность измерений можно, если сначала производить коррекцию по указанной выше методике каждого из этих участков характеристики отдельно, исполь Х|,N XI ivO

;о i

зуя для расчета параметров коррекции результаты калибровки в двух крайних точках участка А после иыравнять эти откорректированные участки характеристики датчика, показанные на фиг.1. штрихпунктирными линиями. Такая результирующая откорректированная характеристика датчика изображена на фиг 1, а сплошной жирной линией

Приведенный алгоритм корректировки выходных характеристик турбинных датчиков реализует устройство, которое содержит датчик 1 расхода, опорный генератор 2, триггеры 3-7, инвертор 8, элементы И - 9

-12, элементы ИЛИ - 13 и 15, коммутатор 16, цифровой индикатор 17 счетчики 18 и 19, одновибраторы - 20 - 22, датчик 23 температуры, группы счетчиков 24 - 28, группы элементов И - 29 - 33, группы формирователей кода - 34 - 38, группы триггеров - 39

-42, группы схем сравнения - 43 и 44, группы регистров - 45 и 46 и группу одновибра- торов 47.

Количество элементов, объединенных в группы, одинаково и равно числу участков выходной характеристики тахометрическо- го датчика п.Линеаризация участков характеристик производится исходя из рассчитанных для каждого из них параметров линеаризации.

Устройство для измерения суммарного расхода жидкостей работает следующим образом.

При работе с датчиком характеристики которого имеют вид, показанный на фиг.1, коммутатор 16, устанавливается в положение, при котором он пропускает сигналы с выхода элемента 11 И на вход одновибрато- ра 21 (коммутатор 16 переключается вручную в положение соответствующему виду используемого датчика). Импульсы датчика 1 расхода, частота которых гораздо ниже частоты сигнала опорного генератора 2 поступают на D-вход триггера 4 Ближайший после начала очередного импульса датчика

1импульс опорного генератора 2 своим положительным фронтом устанавливает триггер 4 в состояние 1. При этом на выходе элемента 10 И появляется 1. Следующий положительный фронт импульса генератора

2устанавливает в состояние 1 триггер 3, так как на его D-входе в это время присутствует 1, поступающая с выхода триггера 4, При установке триггера 3 в 1 на выходе элемента 10 И появляется О.

Таким образом, -каждый импульс датчика 1 расхода вызывает появление на выходе элемента 10 И короткого импульса, длительность которого равна периоду следования импульсов опорного генератора 2 Начало

конец импульса на выходе элемента 10 И совпадают по времени с положительными фронтами импульсов опорного генератора 2.

Вторая половина импульса с выхода

элемента 10 И через элемент 11 И и коммутатор 16 проходит на вход одновибратора 21, так как только в это время на третьем входе элемента 11 И с инверсного выхода

0 генератора 2 будет находиться единица.

Одновибратор 21 по заднему фронту импульса с выхода коммутатора 16 формирует импульс такой же длительности, т.е. происходит задержка импульса коммутато5 ра на время равное его длительности

По заднему фронту импульса с выхода элемента 10 И через инвертор 8 устанавливается или подтверждается в О триггер 5, что приводит к установлению или подтвер0 ждению 1 на втором входе элемента 11 И. Кроме того, каждый импульс с выхода элемента 10 И устанавливает в 1 все триггеры группы 40 и переносит в счетчики группы 26 числа с выходов соответствующих регист5 ров 45 Между импульсами датчика 1 расхода на входы счетчиков 26 поступают импульсы опорного генератора 2 и подсчитываются этими счетчиками.

Если за период входных импульсов не

0 происходит переполнение ни одного из счетчиков 26, то триггер 5 остается в 1 и коррекция нелинейности датчика не происходит. При увеличении входного периода, (снижении производительности) время меж5 ду переносами в счетчики 26 чисел из регистров 45 увеличится и наступит такой момент, когда во время периода входного сигнала счетчики начиная с п-го начнут последовательно друг за другом переполнять0 ся. Чем больше будет период входных импульсов, тем с более низким порядковым номером в гоуппе счетчик достигнет пере- полнен ля. Время между импульсом на выходе элемента 10 И и импульсами

5 переполнения счетчиков 26 определяется значениями чисел, записываемыми в эти счетчики из соответствующих им регистров группы 45.

Для удобства изложения принципа ра0 боты устройства рассмотрим случай, когда таким счетчиком окажется счетчик под номером два, поскольку во всех других случаях работа устройства будет аналогичной.

Импульсы переполнения счетчиков 26

5 будут устанавливать в О соответствующие им триггеры группы 40. В той же последовательности на соответствующих установившихся в О триггерах группы 40 и подключенных к инверсным выходам этих триггеров первых входах элементов И 29 и

третьих входах элементов И 31 появляется 1.

Прямые выходы триггеров 40 подсоединены к третьим входам элементов И порядковые номера, в группе 29 которых на единицу больше номеров соответствующих триггеров. Поэтому нэ первых и третьих входах элементов И порядковые номера, в группе 29 которых больше двух будут присутствовать соответственно 1 и О. В свою очередь на первом входе первого элемента И группы 29 будет присутствовать О. И лишь на первом и третьем входах второго элемента И 29 будут присутствовать единички.

Поэтому при поступлении очередного импульса с выхода элемента 10 И на вторые входы элементов И 29 он появится лишь на выходе второго элемента 1/1 группы 29, откуда поступит на соединенные между собой входы второго триггера группы 39 Одновременно с выхода элемента 10 И импульс поступит на С-входы триггеров 39. В результате установится в 1 лишь триггер, порядковый номер которого в группе 39 равен двум. Таким образом, в течении всего последующего периода выходных импульсов элемента 10 И на первом входе второго элемента И группы 30 и втором входе второго элемента И группы 31 будут присутствовать 1. После переполнения в очередном периоде части счетчиков 26 на третьих входах соответствующих схем И группы 31 установятся 1. Однако лишь на втором входе второго элемента И 31 в этом периоде будет присутствовать 1 Поэтому после переполнения второго счетчика группы 26 через второй элемент И 31 импульсы опорного генератора 2 начинают поступать во второй счетчик группы 28. Поступление импульсов нэ второй счетчик группы 28 будет продолжаться до следующего выходного сигнала элемента 10 И т.е. до конца текущего периода выходного сигнала гахо- метрического датчика 1 расхода В течение поступления определенного числа импульсов с выхода тэхометрического датчика 1 расхода наступит момент, когда второй счетчик группы 28 переполнится (а значит, и первый). Тогда произойдет запуск второго одиовибратора группы 47 импульс которого через элемент 13 ИЛИ устанавливает в 1 триггер 5 и перенесет во второй счетчик группы 28 число из второго регистра группы 46. Следующий после переполнения второго счетчика группы 28 импульс с выхода элемента И 10 не поступит на вход коммутатора 16, так как на втором входе элемента 11 И в это время будет О поступающий с инверсного выхода триггера 5. И только

задний фронт импульса с выхода элемента

10И через инвертор 8 установит в О триггер 5 и тем самым возобновит возможность прохождения импульсов с выхода элемента

5 10 И через элемент 11 И на вход коммутатора 16.

Таким образом, импульсы с выхода элемента 10 И поступают wa вход коммутатора 16 непрерывно за исключением тех случаев,

0 когда во время паузы между этими импульсами происходит переполнение не одного из счетчиков 28. Стробировэние элемента

11И инверсным сигналом генератора 2 по третьему входу позволяет избежать прохож5 дение узкого импульса через элемент 11 И в том случае, когда переполнение счетчиков 28 происходит в момент возникновения импульса на выходе элемента 10 И.

Описанная часть устройства реализует

0 коррекцию отдельных участков рабочей характеристики турбинных датчиков расхода. Откорректированные участки характеристики изображены на фиг.1 штрихпунктирной линией. Для линеаризации характеристики

5 датчиков во всем диапазоне производительности необходимо эти откорректированные участки характеристики привести к одному уровню (фиг 1, сплошная жирная линия), Поэтому импульсы с выхода коммутатора 16

0 поступают на вторые входы элементов И 30. Поскольку в это время на первом входе лишь у второго элемента И группы 30 будут присутствовать 1, то с выхода второго элемента И 30 импульс попадает на второй

5 счетчик группы 24. Коэффициенты пересчета для каждого из счетчиков 24 являются постоянными и устанавливаются при помощи соответствующих им формирователей кода 34 по результатам калибровки турбин0 ных датчиков расхода. С выхода второго счетчика импульс переполнения через элемент 15 ИЛИ поступает на одновибратор 22, с инверсного выхода которого расширенный импульс поступает на второй вход эле5 мента 12 И. В результате выходной импульс коммутатора 16, вызвавший переполнение .второго счетчика группы 24, не поступит на вход счетчика 18. В общем случае из последовательности импульсов, поступающих с

0 выхода коммутатора 16 все импульсы, вызывающие переполнение счетчиков 24, на счетчик 18 проходить не будут.

Таким образом, линеаризация характеристики датчика 1 расхода во всем диапазо5 не изменения производительности будет обеспечиваться путем исключения импульса из заданного числа импульсов, принадлежащих к соответствующему этому импульсу участку харзктеристмки ЧРМ впше уровень откорректированною участка (фиг.1), тем с

меньшего числа импульсов будет исключаться ОДИН ИМПуЛЬС .

Перед работой с датчиками, характеристики которых при разных температурах имеют вид кривых, показанных на фиг.2, что вызвано изменением вязкости жидкости в зависимости от температуры, коммутатор 16 устанавливается в положение, при котором он пропускает сигналы с выхода элемента 14 ИЛИ на вход одновибратора 21. В этом случае все без исключения импульсы с выхода элемента 10 И будут поступать на вход счетчика 18. В тех случаях, когда после какбго-либо выходного элемента 10 И один из счетчиков 28 переполнится и триггер 5 будет установлен в 1, следующим импульсом опорного генератора 2 будет установлен в О триггер 6, а затем следующим импульсом опорного генератора 2 будет установлен в О триггер 7 На входах элемента 9 И две единицы одновременно не появятся и на его выходе импульса не будет. Когда же после этого задний фронт следующего импульса с выхода элемента 10 И через инвертор 8 установит триггер 5 в О и следующий после этого импульс опорного генератора 2 установит в 1 триггер 6, на двух входах элемента 9 И одновременно появятся две единицы, что приведет к появлению единицы на его выходе. Следующим после этого импульсом опорного генератора 2 Триггер 7 будет также установлен в 1 и на втором входе элемента 9 И, а значит, и на выходе появится нуль. Импульс с выхода элемента 9 И пройдет через элемент 14 ИЛИ и через коммутатор 16 на вход одно- вибратора 21. Далее при наличии единицы на втором входе элемента 12 И импульс поступит на счетчик 18.

Таким образом, после переполнения любого из счетчиков 28 следующий импульс на выходе 10 И вызовет появление на входе счетчика 18 двух импульсов, чем и будет обеспечиваться коррекция нелинейности участков характеристик датчика 1 расхода, изображенных на фиг.2. Линеаризация характеристики датчика во всем диапазоне его производительности производится аналогично рассмотренному ранее случаю для датчиков со спадающей характеристикой. Только в этом случае значения коэффициентов пересчета счетчиков 24 с уменьшением порядкового номера счетчика в группе будут также уменьшаться.

Датчик 47 температуры вырабатывает сигнал, частота которого зависит от температуры. Счетчик 19 непрерывно подсчитывает импульсы опорного генератора 2. При переполнении счетчика 19 запускается од- новибратор 20, который вырабатывает короткий импульс. Длительность этого импульса меньше периода сигнала опорного генератора 2. Этот импульс устанавливает в 1 триггеры групп 41 и 42, переносит в регистр 45 число из счетчика 25 и в регистр

46число из счетчика 27. а также переносит числа набранные формирователями кода 35 в счетчики 25 и числа, набранные формирователями кода 36 в счетчики 27. После этого

начинаются подсчеты импульсов от датчика

47температуры счетчиками 25 и 27. Времена подсчета этих импульсов для каждого из счетчиков групп 25 и 27 различные и определяются значениями чисел, набранными

соответствующими этим счетчикам формирователями кодов групп 37 и 38. По мере совпадения этих чисел с числами в счетчике 19 будут срабатывать соответствующие схемы сравнения групп 43 и 44 и устанавливать

в 1 соответствующие им триггеры групп 41 и 42 Последние в свою очередь будут закрывать соответствующие им элементы И групп 32 и 33 и прекращать тем самым поступление импульсов датчика 47 температуры на

счетчики 25 и 27. Числа в счетчиках групп 25 и 27, которые переносятся соответственно в регистры групп 45 и 46, будут зависеть от чисел, набранных в соответствующих этим счетчикам формирователях кодов всех четырех групп 35, 36, 37, 38 и от температуры.

Соответствующей установкой чисел формирователя кодов рассчитанными на основании результатов калибровки датчиков добиваются линейной зависимости частоты

на входе счетчика 18 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, что повышает точность измерения расхода.

Формула изобретения Устройство для измерения суммарного

расхода жидкостей, содержащее датчик температуры, последовательно соединенные датчик объемного расхода, первый триггер, первый элемент И, вторым входом подключенный к инверсному выходу второго триггера, первым входом подключенного к выходу первого триггера, выход первого элементэ И подключен к первым входам второго элемента И, первого элемента ИЛИ и через инвертор - к первому входу третьего

триггера, инверсным выходом подключенного к второму входу второго элемента И и первому входу четвертого триггера, выходом соединенного с первыми входами пятого триггера и третьего элемента И, вторым входом подключенного к инверсному выходу пятого триггера а выходом соединенного с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, вход которого подключен к выходу второго элемента И, третий вход которого соединен с инверсным выходом опорного генератора, выход которого подключен к вторым входам первого, второго, четвертого и пятого триггеров и к счетному входу второго счетчика, выход старшего разряда которого соединен с первым одно- вибратором, второй одновибратор, выход четвертого элемента И соединен с входом первого счетчика, выходы которого подключены к цифровому индикатору, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первая, вторая, третья, четвертая и пятая группы счетчиков, содержащие п счетчиков в каждой группе, первая, вторая третья, четвертая и пятая группы элементов И, содержащие п элементов И в каждой группе, первая,вторая третья и четвертая группы триггеров, содержащие п триггеров в каждой группе, первая вторая, третья, четвертая и пятая группы формирователей кодов, содержащие п формирователей кода в каждой группе, первая и вторая группы схем сравнения, содержащие п схем сравнения в каждой группе, первая и вторая группы регистров, содержащие п регистров в каждой группе группа из п одновибраторов. второй и третий элементы И/ИЛ третий од- новибратор, инверсным выходом подключенный к второму входу четвертого элемента И, а входом соединенный с выходом второго элемента ИЛИ. входы которого подключены к выходам переполнения соответствующих счетчиков первой группы счетчиков, информационные входы предварительной установки которых подключены к выходам первой группы формирователей кода, счетные входы первой группы счетчиков подключены к выходам второй группы элементов И, первая группа входов которой подключена к выходу коммутатора и к инверсному входу второго одновибрзтора, а вторая группа входов соединена с выходами первой группы триггеров и первой группой входов третьей группы элементов И, вторая группа входов которой подключена к выходу опорного генератора третья группа входов соединена с инверсными выходами второй группы триггеров и первой группой входов первой группы элементов И, а выходы подключены к счетным входам пятой группы счетчиков, выходы переполнения которой соединены с входами запуска i руппы одно- вибраторов, выходы которой соединены с входами разрешения предварительной установки пятой группы счетчиков и входами третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к S-входу третьего триггера, выходы (п-1) триггеров второй группы тригге- 5 ров подключены к второй группе из (п-1) входов первой группы элементов И, третья группа входов которой объединена с первой группой входов первой группы триггеров и подключена к выходу первого

10 элемента И, а выходы подключены к второй группе входов первой группы триггеров, ин формационные выходы второй группы формирователей кодов подключены к информационным входам предварительной

5 установки второй группы счетчиков, информационные входы которой соединены с входами первой группы регистров, выходами подключенной к информационным входам предварительной установки третьей группы

0 счетчиков, выходы переполнения которой подключены к S-входам второй группы триггеров , R-входы которой объединены с входами разрешения предварительной установки третьей группы счетчиков и под5 ключены к входу инвертора, информационные выходы третьей группы формирователей кодов подключены к информационным входам предварительной установки четвертой группы счетчиков, информацион0 ные выходы которой подключены к входам второй группы регистров, выходы которой подключены к информационным входам предварительной установки пятой группы счетчиков, информационные выходы чет5 вертой и пятой групп, формирователей кодов соответственно подключены к первым группам входов первой и второй групп схем сравнения, соответственно по вторым группам входов которых подключены выходы

0 второго счетчика, выходы первой и второй групп схем сравнения подключены соответственно к S-входам триггеров третьей и четвертой групп триггеров, выходы которых соединены соответственно с первыми груп5 пами входов четвертой и пятой групп элементов И, вторые группы входов которых подключены к выходу датчика температуры, R-входы третьей и четвертой групп триггеров объединены с входами разрешения

0 предварительной установки второй и чет- , вертой групп счетчиков входами записи первой и второй групп регистров и подключены к выходу первого одновибратора, выходы четвертой и пятой групп схем И

5 подключены соответственно к счетным входам второй и четвертой групп счетчиков, выход второго одновибратора соединен с вторым входом четвертого элемента И, счетные входы третьей группы счетчиков под ключены к выходу опорного генератора.

500

то1500

Фиг.1

4

&Ј3/юс 2000

Изобретение относится к с расходометрии и позволяет повысить точность измерения суммарного расхода жидкостей. На выходе датчика расхода появляются импульсы, частота следования которых пропорциональна величине расхода. Выходная характеристика датчика расхода предварительно подвергается кусочно-линейной аппроксимации, и в соответствии с участками линеаризации устанавливаются коэффициенты пересчета групп счетчиков. В процессе работы устройства в зависимости от участка выходной характеристики датчика расхода происходит исключение некоторой части импульсов с выхода датчика расхода. При этом также учитывается-температура жидкости. Суммарное значение расхода накапливается в счетчике 18 и выводится на цифровой индикатор 17. 2 ил.

ЮООJ5M

Фиг 2

2000 Qitffarc

ГЙЩГЧЩ

cv-i. s.. iJ..

N

iTGEJ