Вибрационный преобразователь расхода Советский патент 1993 года по МПК G01F1/84 

Фиг.1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах автоматического контроля и измерения массового расхода жидкости в нефтяной, химической, металлургической и других от- 5 раслях промышленности.

Известен вибрационный преобразова-. тель расхода, содержащий чувствительный элемент в виде консольно укрепленного в корпусе на упругом подвесе вибрирующего Ю полого маятника, узел возбуждения колебаний, виброизмеритель, схему измерения и регулирования, а также два электромагнита, расположенных диаметрально по обе стороны полого маятника и подключенных к ис- 15 точнику постоянного тока через амперметр и регулятор тока.

Его недостатком является низкая точность, обусловленная низкой добротностью резонатора (полого маятника).20

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вибрационный преобразователь расхода, выполненный на закрепленных с возможностью кол.еба- 25 ний трубопроводах с размещенными на них узлом возбуждения колебаний, первым и вторым узлами съема сигнала, блок стабилизации амплитуды колебаний, выход которого соединен с узлом возбуждения 30 колебаний, первый формирователь ймпуль- сов, вход которого соединен с первым узлом съема сигнала, а первый выход - с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второй формирователь импульсов, вход ко- 35 торого соединен с вторым узлом съема сигнала, временной интегратор, в состав которого входит блок управления, RC- фильтр, выход которого через преобразова- тель напряжения - частота соединен с 40 выходным преобразователем 2. Выходной преобразователь представляет собой частотомер-счетчик импульсов, отградуированный в единицах массы измеряемой среды.

. Недостатком данного устройства явля- 45 ётся относительно низкая точность и надежность, что обусловлено наличием промежуточных преобразований интервала времени в напряжение и напряжения в частоту.- .... ..- .., . 50

Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя расхода.

Цель достигается тем, что в вибрацион- ный преобразователь расхода, содержащий 55 первичный преобразователь, выполненный tia двух закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводах с размещенными на них узлом возбуждения колебаний, первым и вторым узлами съема

сигнала, датчик температуры и выходной преобразователь, причем вход первого узла съёма 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, датчик температуры соединен с преобразователем сопротивление-напряжение, введены элемент неравнозначности, счетчик, генератор тактовых импульсов, блок памяти, два преобразователя код-частота и аналого- цифровой преобразователь, причем выходы пэрвого и второго формирователей импульсов подключены к соответствующим входам элемента неравнозначности, выход которого соединен с входом разрешения счетчика, тактируемый вход счетчика подключен к выходу генератора тактовой частоты и к последовательно включенным первому и второму преобразователям код - частота, а вход сброса счетчика - к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом записи блока памяти, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу преобразователя сопротивление-напряжение, а выход-к входу установки первого преобразователя код-частота, выход счетчика через блок памяти подключен к входу установки второго преобразователя код-частота, а его выход соединен с выходным преобразователем, а также тем, что введен регулируемый задат- чик кода, соединенный с входами предуста- новки счетчика.

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

Устройство содержит первичный преобразователь 1, выполненный на двух закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводах с размещенными на них узлом 2 возбуждения колебаний, узлами 3 и 4 съема сигнала, датчиком 5 температуры, причем узел 3 съема сигнала через последовательно соединенные формирователь б импульсов и блок 7 стабилизации амплитуды колебаний подключен к узлу 2 возбуждения колебаний, выход узла 4 съема Сигнала через формирователь 8 импульсов подключен к блоку 9 управления, выходы формирователей б и 8 импульсов подключены к соответствующим входам элемента 10 неравнозначности, а его выход к входу разрешения счетчика 11. Тактируемый вход счетчика 11 подключен к выходу генератора 12 тактовых импульсов и к последовательно

включенным преобразователям код-частота 13 и 14, а вход сброса сметчика 11 соединен с первым выходом блока 9 управления, его второй выход соединен с входом записи блока 15 памяти. Вход аналого-цифрового

пр пр

гобразователя 16 подключен к выходу юбразователя сопротивление-напряжени; 17, а выход - к входам установки первого преобразователя код-частота 13. Выход счетчика 11 через блок памяти 15 подключен к входу установки второго преобразователя код-частота 14, выход которого соединен с выходным преобразователем 18. Регулируемый задатчик 19 кода подключен к входам предустановки счетчика 11.

На фиг. 2 20 и 21 - выходные сигналы узлов 3 и 4 съема сигнала, 22 и 23 - выходные сигналы формирователей 6 и 8 импуль- со, 24 - сигнал на выходе элемента 10 неравнозначности, 25 и 26 - сигналы на втором и первом выходах блока 9 управле- ни|я.

; Устройство работает следующим образом.. ;

Узел 2 возбуждения колебаний, узел 3 съема сигнала и блоки 6 и 7 образуют контур положительной обратной связи, возбуждающий колебания трубопроводов первичного преобразователя 1. При этом блок 7 стабилизирует амплитуду колебаний. Выходные сигналы узлов 3 и 4 съема сигнала (соответственно диаграммы 20 и 21 на фиг. 2) поступают на входы формирователей б и ,8 импульсов, где осуществляется их сравнение с опорным напряжением V0n. В результате сравнения формируются прямо- угбльные сигналы (диаграммы 22 и 23 соответственно), причем временной сдвиг между сигналами на диаграммах 22 и 23 представляет собой временной сдвиг между колебаниями трубопроводов, пропорциональный измеряемому расходу. Сигналы с выходов формирователей 6 и 8 поступают на элемент Ю неравнозначности, на выходе которого формируется в каждом периоде (цикле) измерения импульсный сигнал ti и t2 (диаграмма 24), причем ti +1 2 т,0бщ - время, пропорциональное временному сдвигу-из- ме ряемому расходу. С выхода элемента 10 неравнозначности сигналы ti и г поступают на вход разрешения работы счетчика 11, который Ьсуществляет счет импульсов с ге- не ратора 12 тактовых импульсов за время todm- Окончание цикла измерения фиксиру- етЬя блоком 9 управления, вход которого подключен к выходу формирователя 8 импульсов. По окончании цикла код счетчика 11, равный Ng to6m fon, где fon - частота генератора 12, переписывается в блок 15 памяти под действием импульса переписи

(диаграмма 25) с второго выхода блока 9 управления, по окончании которого с первого выхода блока 9 управления на вход сброса счетчика 11 поступает импульс сброса,

обнуляющий счетчик 11 (диаграмма 26). С выхода блока 15 памяти код Ng (пропорциональный расходу) подается на входы установки второго преобразователя код - частота 14. На его вход поступает частотный

сигнал с выхода первого преобразователя код-частота 13, вход которого подключен к выходу генератора 12 тактовых импульсов. На установочные входы преобразователя 13 поступает код с выхода аналого-цифрового преобразователя 16. На вход аналого- цифрового преобразователя поступает напряжение с выхода преобразователя со- противления-напряженйе 17, вход которого соединен с датчиком 5 температуры

(термометр сопротивления). Причем с по-1 вышением температуры среды напряжение на выходе преобразователя сопротивление-напряжение 17 линейно уменьшается, а следовательно, также уменьшается выходная частота ft преобразователя код-частота 13.

ft Nt fon/Кд.макс.

где Nt - код на выходе аналого-цифрового преобразователя 16;

Кд.макс - максимальный коэффициент деления преобразователя 13.

Таким образом, осуществляется коррекция крутизны преобразования в зависимости от изменения модуля упругости материала трубопроводов первичного преобразователя 1, вызванного изменением температуры среды. На выходе преобразователя 14 формируется частотный сигнал (Fg). пропорциональный измеряемому расходу.

45

Fg - ft Ng/Кд.мЭКС,

Г-Л

1

где ft - входная частота преобразователя 14;

Ng - код на входах предустановки преобразователя 14 (пропорциональный вре- 0 менному сдвигу между узлами 3 и 4 съема сигнала;

Кд.макс - максимальный коэффициент деления преобразователя 14.

Выходная частота Fg преобразователя 5 14 поступает на вход выходного преобразователя 18.

Для компенсации начального технологического разбаланса трубопроводов первичного преобразователя 1 на установочные входы счетчика 11с помощью регулируемого задатчика 19 кода вводится начальный код, пропорциональный разбалансу трубопроводов, Причем, если технологический разбаланс отрицательный, вводится добавочный (компенсирующий) код NK+, тогда код счетчика по окончании цикла измерения - Ng (NK+) + Ngo, где Ngo - код, пропорциональный измеряемому расходу, т.е. без учета технологического разбаланса трубопроводов. Если технологический разбаланс положительный, вводится КОД N Мнакс - (NK-). Где NMSKC

максимальный код счетчика; N - код начальной компенсации (компенсирующий). Тогда код счетчика по окончании цикла измерения Ng - Ngo- (Nic-).

Задатчик 19 кода представляет собой набор перемычек, которыми устанавливаются сигналы лог. О или лог. 1 на входах предустановки счетчика 11.

Благодаря отличительным признакам изобретения осуществляется цифровое преобразование временного сдвига в частотный сигнал, пропорциональный измеряемому расходу, - сигнал, наиболее удобный для передачи и преобразования в цифровую форму.

Аналоговое преобразование используется только для преобразования зависящего от температуры сопротивления в преобразователе 17 в напряжение и в код.

Однако компенсация изменения температуры среды вызывает необходимость изменения коэффициента преобразования устройства всего на 1-5 %.

Таким образом, применение в основном цифрового преобразования позволяет повысить точность и надежность преобразователя расхода за счет устранения временных и температурных дрейфов нуля и коэффициента преобразования.

Эксперимент показал, что предложенное техническое решение позволяет повысить точность примерно в два раза за счет снижения временных и температурных

дрейфов аналоговых электронных преобразователей.

Дополнительные элементы в разработанном и испытанном образце выполнены

на элементах 555 и 155 серии, в частности элемент 10 неравнозначности и генератор 12 тактовых импульсов выполнены на микросхеме К555ЛАЗ, счетчик 11 - на микросхеме К555ИЕ7, блок 15 памяти на микросхеме К555ИР23, блок 9 управления - на микросхеме К555АГЗ, преобразователи код-частота 13 и 14 - на микросхемах К155ИЕ8, аналого-цифровой преобразователь 16 - на микросхеме

К572ПВ1, задатчик 19 кода - на модульных выключателях ВДМ1-8.

Использование: в приборостроении для автоматического контроля и измерения массового расхода. Сущность изобретения: устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения колебаний, два узла 3, 4 съема сигнала, и датчик 5 температуры, два формирователя 6, 8 импульсов, блок 7 стабилизации амплитуды колебаний, блок 9 управления, элемент 10 неравнозначности, счетчик 11, генератор 12 тактовых импульсов, два преобразователя код-частота 13, 14, блок 15 памяти, апало- го-цифровой преобразователь 16, преобразователь сопротивление-напряжение 17, выходной преобразователь 18 изадатчик 19 кода. 1 з .п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

в работе, в него введены элемент неравнозначности, счетчик, генератор тактовых импульсов, блок памяти, два преобразователя код - частота, аналого-цифровой преобразователь, причем выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к соответствующим входам элемента неравнозначности, выход которого соединен с входом разрешения счетчика, тактируемый вход счетчика подключен к выходу генератора тактовой частоты и к последовательно включенным первому и второму преобразователям код - частота, а вход сброса счетчика - к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с входом записи блока памяти, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу преобразователя сопротивление - напряжение/а выход - к входу установки первого преобразователя код - частота, выход счетчика через блок памяти подключен к входу установки второго пре образователя код - частота, а его выход соединен с выходным преобразователем, I 2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а- ю щи и с я тем, что, с целью повышения технологичности настройки, в него введен регулируемый задатчик кода, соединенный с входами предуста- новки счетчика.