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

Фиг.1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения массового расхода жидкостей и сжатых газов при ведении коммерческих расчетов, а также в системах автоматического управления технологическими процессами.

Известен вибрационный преобразователь расхода, содержащий консольноза- щемленный в корпусе упругий патрубок, сообщающийся в месте защемления с контролируемой средой, адаптер оединенный через преобразователь частоты с входом преобразователя напряжение-частота, с входом блока АРУ, .с первым входом лого- метрического преобразователя напряжения в частоту и с первым входом усилителя, соединенного с входом возбудителя и входом преобразователя ток-напряжение, блока АРУ, подключенный к выходу задатчика ус- тавки и второму входу усилителя, делитель и блок вычитания, подключенный первым входом к выходу преобразователя ток-напряжение, вторым входом через делитель к входу адаптера, а выходом к логометриче- скому преобразователю напряжения в частоту.

Его недостатком является низкая точность, обусловленная низкой добротностью резонатора упругого патрубка и влиянием внешней вибрации на метрологические характеристики данного устройства из-за консольного расположения центра тяжести резонатора относительно мест его крепления к корпусу.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является измерительный вибрационный преобразователь расхода, состоящий из первичного преобразователя, содержащего закрепленные в корпусе с воз- можностью колебаний трубопроводы, с размещенными на них узлом возбуждения колебаний, первым и вторым узлами съема сигнала и электронного блока, содержащего 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 со вторым узлом съема сигнала, временной интегратор, выход которого через электронный ключ и RC- фильтр подключен к последовательно соединенным нормирующему усилителю и преобразователю напряжение-частота, выход которого является выходом устройства.

Недостатком данного устройства является снижение точности измерения расхода при работе первичного преобразователя расхода в условиях воздействия внешней

вибрации со стороны подводящих трубопроводов из-за технологического разбаланса трубопроводов первичного преобразователя. Кроме того, отсутствует информация о том, как параметры внешней вибрации влия ют на характеристики устройства,

Цель изобретения - повышение надежности устройства благодаря получению дополнительного сигнала о достоверности измерения в каждом цикле.

5 Поставленная цель достигается тем, что в известный вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь в виде закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубоп0 роводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний, первым и вторым узлами съема сигнала, блок стабилизации амплитуды колебаний, первый и второй блоки формирования сигнала, соединенные с

5 соответствующими узлами съема сигнала, а также последовательно соединенные временной интегратор, входы которого соединены с выходами блоков формирования сигнала, электронный ключ, НС-фильтр,

0 нормирующий усилитель и преобразователь напряжение-частота, причем второй выход первого блока формирования сигнала через блок стабилизации амплитуды коле- баний подключен к узлу возбуждения коле5 баний, введены инвертор, элемент неравнозначности, генератор тактовых импульсов, счетчик, линия задержки, RS-трмг- гер, D-триггер и выходной преобразователь. Выходы первого и второго блоков формиро0 вания сигнала соединены с первым и вторым входами элемента неравнозначности, выход которого соединен с разрешающим входом счетчика, выход второго блока формирования сигнала через инвертор соеди5 нен с входом сброса счетчика, входом линии задержки и тактовым входом D-триггера, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом счетчика, первый выход которого подключен к Згвходу RS0 триггера, а второй выход к R-входу RS-триг- гера, и выходу линии задержки, при этом выход RS-триггера соединен с D-входом D- триггера, а первый, второй и третий входы выходного преобразователя соединены со5 ответственно с выходами преобразователя напряжение-частота, генератора тактовых импульсов и инверсным выходом D- триггсра.

Указанная цель достигается также тем, что выходной преобразователь содержит

депитепь частоты, D-григгер, пинию задержки, элемент И, двоично-десятичный счетчик, элемент памяти, дешифратор, цифровой индикатор, усилитесь тока и све- тодиод, причем вход делителя частоты соединен со вторым входом выходного преобразователя, а его выход с входом линии задержки и первым входом элемента И, тактируемый вход D-триггера соединен с третьим входом выходного преобразователя, D-вход подключен к плюсу источника питания, а R-выход - к выходу линии задер- кки и R-входу двоично-десятичного счетчика, прямой выход D-триггера через усилитель тока соединен со светодиодом, а Инверсный выход - со вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу Разрешение записи элемента памяти, тактируемый вход двоично-десятичного счетчика соединен с первым входом выходного преобразователя/а выход через элемент памяти и дешифратор с цифровым индикатором,

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3- временные, диаграммы, поясняющие его работу (фиг, 2 - при расходе, равном нулю; фиг, 3 - при расходе, не равном нулю).

Устройство (см, фиг. 1) содержит первичный преобразователь 1, включающий в себя узел 2 возбуждения колебаний и узлы 3, 4 съема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний,блоки 6, 7 формирования сигнала, временной интегратор 8, электронный ключ 9, RC-фильтр 10, нормирующий усилитель 11, преобразователь напряжение-частота 12 и вновь введенные в него инвертор 13, элемент неравнозначности 14, генератор тактовых импульсов 15, счртчик 16, линия задержки 17, RS-триггер 18, и D-триггер 19 и выходной преобразователь ВП.

Выходной преобразователь ВП содержит делитель частоты 20, D-триггер 21, линию задержки 22, элемент И 23, дврично-десятичный счетчик 24, элемент памяти 25, дешифратор 26, цифровой инди- каТор 27, усилитель тока 28 и светодиод 29 (данные элементы, входящие в состав выходного преобразователя, на функционально электрической схеме выделены пунктиром). Выходы первого(6) и второго(7) блоков формирования сигнала соединены соответственно с первым и вторым входом элемента неравнозначности 14, а его выход с разрешающим входом десятичного счетчица, выход второго блока формирования сигнала 7 через инвертор 13 соединен с входом сброса десятичного счетчика 16, с входом первой линии задержки 17 и тактовым входом первого D-триггера 19. Выход генератора тактовых импульсов 15 соеди: нен с тактовым входом десятичного счетчика 16 и вторым входом выходного преобразователя ВП. Первый выход десятичного счетчика 16 подключен к S-входу RS- триггера 18. а второй выход к R-входу RS-триггера и выходу линии задержки, при этом прямой выход RS- pnrrepa 18 соединен с D-входом триггера 18, а его инверсный выход к третьему входу выходного преобразователя ВП. Вход делителя частоты 20 сое- динен с вторым входом выходного преобразователя, а выход с входов второй

линии задержки 22 и первым входом элемента И 23. Тактируемый вход D-триггера 21 подключен к третьему входу выходного преобразователя ВП, а его D-вход подключен к плюсу источника питания, R-вход к

выходу линии задержки 23 и R-входу десятичного счетчика 24. Прямой выход D-триггера 21 через усилитель тока 23 соединен со светодиодом 29, а инверсный выход со вторым входом элемента И 23. Выход элемента И 23 подключен к входу Разрешение записи элемента памяти 25. Тактируемый вход двоично-десятичного счетчика 24 соединен с первым выходом выходного преобразователя ВП, а выход через элемент

памяти 25 и дешифратор 26 подключен к цифровому индикатору 27.

На фиг. 2 и 3 изображены следующие диаграммы: 20, 21 - сигналы на выходе узлов съема сигнала 3 и 4; 22, 23 - сигналы на

выходе блоков формирования 6 и 7; 24 - сигнал на выходе элемента неравнозначности 14; 25-сигнал на выходе инвертора 13. Устройство работает следующим образом.

Узел 2 возбуждения колебаний, узел 3 съема сигнала и блоки 5, 6 образуют контур положительной обратной связи, возбуждающий колебание трубопроводов первичного .преобразователя. При этом блок 5

стабилизирует амплитуду колебаний. Выходные сигналы узлов 3 и 4 (соответственно . диаграммы 20, 21 на фиг. 2 поступают на входы блоков формирования 6, 7, где происходит их сравнение с опорным напряжени-

ем Von, причем в блоке формирования 6 с отрицательным опорным напряжением (-Von), а в блоке формирования 7 с положительным (+ Von). В результате сравнения формируются прямоугольные сигналы (диаграммы 22,

23), поступающие на временной интегратор 8 в котором осуществляется логическое вычитание входных сигналов - формирование ri и Г2 и поочередное интегрирование ti и Га и выделение разности полученных результатоп. Операция повторяется каждый период (Тц). Электронный ключ подключает выход временного интегратора через RC- фильтр 10 к нормирующему усилителю 11,на выходе которого формируется постоянное напряжение, пропорциональное расходу, поступающее на преобразователь напряжение-частота 12, где преобразуется в частоту. .

При отсутствии вибрации на первичный преобразователь 1 выполняется условие т + Г2 const. При воздействии вибрации за счет смещения фронтов сигналов на выходе формирователей 6 и 7 т + Г2 const. Выходной сигнал преобразователя при этом будет пульсирующим. Величина пульсаций может быть незначительной (сравниваемой с пульсацией потока через трубопровод).

Сущность метода определения достоверности измерения заключается в определении интервала времени Г0бщ. Тч + Та (диаграмма 24, фиг. 2). Сигналы с выхода формирователей 6 и 7 поступают на входы элемента неравнозначности 14, где формируются сигналы Г| и Г2 . Далее эти сигналы подаются на разрешающий вход (вход V) десятичного счетчика 16. За время их действия десятичный счетчик осуществляет счет импульсов с генератора тактовых импульсов 15. К двум выходам счетчика подключен RS-триггер 18. Коэффициент деления десятичного счетчика 16 для входов R и S RS- триггера определяется при отсутствии вибрации трубопроводов из величины Тобщ. с учетом определенного (допустимого) разброса. Например, если Гобщ. 380 ±5 мкс, тогда при частоте генератора тактовых импульсов мгц S-вход RS-триггера 18 подключается к выходу счетчика с коэффициентом деления 375, а R-вход RS-триггера к выходу счетчика с коэффициентом деления 385. Если за цикл измерения на S-входе RS-триггера 18 не было сигнала с десятичного счетчика 16 или он был и на R-входе RS- триггера, тогда на его выходе будет сигнал лог,О, соответствующий отклонению Гобщ. за допустимый предел. С выхода RS- триггера сигнал подается на D-вход D-триггерэ 19. По окончании цикла (Тц) на выходе инвертора 13 формируется сигнал, обнуляющий десятичный счетчик 16 и через линию задержки 17 RS-триггер 18, а также управ-, ляющий передачей сигнала с выхода RS- триггера 18 на вход D-триггерэ 19. Таким о.бразом, на выходе D-триггера 19 формируется сигнал о достоверности измерения в каждом цикле. Данный сигнал управляет работой D-триггерэ 21 и определяет его состояние в течение времени измерения (То).

Время измерения То формируется генератором тактовых импульсов 15 и делителем частоты 20. Если в одном из циклов (Тц) за время измерения-То будет присутствовать

сигнал помехи (лог.1 на инверсном выходе D-триггера 19), на инверсном выходе D- триггера 21 будет присутствовать сигнал лог.О, который запрещает прохождение сигнала записи (с периодом То) на элемент памяти 25. Таким образом, в элементе памяти

25 сохранится код за предыдущее время

измерения То, который будет передан через

дешифратор 26 на цифровой, индикатор 27.

На прямом выходе D-триггера 21 будет присутствоватьсигнал лог.1, который через усилитель тока 28 включит светодиод 29 (Помеха).

По окончании времени измерения То с задержкой,определяемой линией задержки

22, двоичный счетчик 24 и 0-триггер21 сбросятся (обнулятся).

Если же ни в одном из циклов за время измерения не было помехи,на инверсном выходе будет сигнал лог.О, а на инверсном

выходе D-триггера 21 сигнал лог.Т,.т.к. он был обнулен по окончании предыдущего времени измерения То, При этом по окончании времени измерения То произойдет запись кода, пропорционального расходу

среды (FG), в элемент памяти 25 и передача его через дешифратор 26 на цифровой индикатор 27.

Дополнительно введенные элементы в разработанном и испытанном экспериментальном образце выполнены на элементах 561 и 564 серии, в частности инвертор 13, элемент И 23 и генератор тактовых импульсов ( мгц) на К561Ла7; элемент неравнозначности 14 на К561ЛП2; десятичный

счетчик 16 и делитель частоты 20 на К561ИЕ8; линия задержки 17 и 22 на К561АГ1; RS-триггер 18 на К561ТР2; D-триг- . гер 19 на К561ТМЗ; D-триггер 21 на К561ТМ2; двоично-десятичный счетчик 24

на К561ИЕ10; элемент памяти 25 и дешифратор 26 на К564ИД5; цифровой индикатор 27 на ИВ-ЗА; усилитель тока 28 на КТ342Б; светодиод 29 на АЛ307БМ.

Таким образом, данное техническое решение позволяет расширить функциональные возможности вибрационного расходомера за счет контроля достоверности каждого цикла (Тц) за время измерения (То),

а также повысить точность измерения за. счет исключения периодов измерения (То), во время которых первичный преобразователь подвергался вибрации (присутствовал сигнал помехи).

Формула изобретения

1. Вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь в виде закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и первым и вторым узлами съема сигнала, блок стабилизации амплитуды колебаний, первый и второй блоки формирования сигнала, соединенные с соответствующими узлами сьема сигнала, а также последовательно соединенные временной интегратор, входы которого соединены с выходами блоков формирования сигнала, электронный ключ, RC-фильтр, нормирующий усилитель и преобразователь напряже- .ние-частотз, причем второй выход первого блока формирования сигнала через блок стабилизации амплитуды колебаний подключен к узлу возбуждения колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены инвертор, элемент неравнозначности, генератор тактовых импульсов, счетчик, линия задержки, RS-триггер, D-триггер и выходной преобразователь, причем выходы первого и второго блоков формирования сигнала соединены с первым и вторым входами элемента неравнозначности, выход которого соединен с разрешающим входом счетчика, выход второго блока формирования сигнала через инвертор соединен с входами сброса счетчика, входом линии задержки и тактовым входом D-триггера, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом счетчика, первый выход которого подключен к S-входу RS-триггера, а второй выход - к R- входу RS-триггера и выходу линии задержки, при этом выход RS-триггера соединен с D-входом D-триггера, а первый, второй и третий входы выходного преобразователя соединены соответственно с выходами преобразователя напряжение-частота, генератора тактовых импульсов и инверсным выходом D-триггера.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и тем, что выходной преобразователь содержит делитель частоты, D-триггер, линию задержки, элемент И, двоично-десятичный счетчик, элемент памяти, дешифратор, цифровой индикатор, усилитель тока и све- тодиод. причем вход делителя частоты сое- динен с вторым входом выходного преобразователя, а его выход - с входом линии задержки и первым входом элемента И, тактируемый вход D-триггера соединен с третьим входом выходного преобразователя, D-вход подключен к плюсу источника питания, а Р-вход- к выходу линии задержки и Р-входу двоично-десятичного счетчика, прямой выход D-триггера через усилитель тока соединен со светодиодом, а инверсный выход - с вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу Разрешение записи элемента памяти, тактируемый вход двоично-десятичного счетчика соединен с первым входом выходного преобразователя, а выход через элемент памяти и дешифратор -с цифровым индикатором.

4J

-fJ

Использование: измерение массового расхода жидкостей и сжатых газов при ведении коммерческих расчетов. Сущность изобретения: устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения и два узла 3, 4 сьема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний, два блока 6, 7 формирования сигнала, временной интегратор 8, электронный ключ 9, РС-фильтр 10, нормирующий усилитель 11, преобразователь 12 напряжение-частота, инвертор 13, элемент неравнозначности 14, : генератор 15 тактовых импульсов, счетчик 16, линия задержки 17, RS-триггер 187, D- триггер 19 и выходной преобразователь 20. 4-7-8-9-10-11-12-20, 3-6-5-2, 6-8, 6-14- 16-18-19-20, 7-13-16-17-19,15-16,7-13. 1 з. п. ф-лы. 3 ил.