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

/

ю ел

го ю

N3

Использование: для измерения расхода жидкостей и сжатых газов при ведении коммерческих расчетов, а также в системах автоматического управления технологическими процессами. Сущность изобретения: устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения колебаний и два узла 3, 4 съема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний, два блока 6, 7 формирования сигнала, генератор 8 тактовых импульсов, счетчик 9 импульсов, инвертор 10, RC-триг- гер 11, переключатель 12, временной интегратор 13. электромагнитный ключ 14, RC-фильтр 15, преобразователь 16 напряжение-частота, блок 17 компенсации температуры и датчик 18 температуры, 4-7-13-14-15-16,3-6-13.8-9-11,10-11,3- 6-5-2, 18-17-16, 7-9. 2 ил.

.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 автоматиче- ского управления технологическими процессами.

Известен вибрационный массовый расходомер, содержащий чувствительный элемент в виде укрепленном в потоке на упругом подвесе вибрирующего полого тела, узел возбуждения колебаний, датчик скорости вибрации чувствительного элемента (адаптер), усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенного между адаптером и узлом возбуждения колебаний, подключенный к адаптеру преобразователь частоты вибрации с чувствительного элемента и блок автоматического регулирования и управления (АРУ), подключенный к адаптеру и усилителю, причем к преобразователю частоты вибрации чувствительного элемента подключен преобразователь напряжения в частоту, снаб

женный корректорами нуля и крутизны

преобразования, а к выходу блока АРУ подсоединен преобразователь напряжения в частоту, снабженный корректорами нуля и крутизны преобразования; при этом поперечное сечение чувствительного элемента выполнено эллиптическим или прямоугольным, а упругий подвес снабжен ребрами жесткости..

Недостатком данного устройства является низкая точность, обусловленная низ- кой добротностью резонатора - упругого патрубка и влиянием внешней вибрации на метрологические характеристики данного устройства из-за консольного расположения центра тяжести резонатора относитель- но места его крепления к корпусу,

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный на закрепленных в корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний, первым и вторым узлом съема сигнал а и электронный преобразователь, состоящий из блока стабилизации амплитуды колебаний, первый выход которого соединен с узлом возбуждения колебаний, первого блока формирования сигнала, вход которого сое- динен с первым узлом съема сигнала, а первый выход с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формирования сигнала, вход которого соединен со вторым узлом съема сигнала, временного

5 0

5

0

5 0

5 0 5

интегратора, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго блоков формирования сигнала соответственно, выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру, и первому входу преобразователя напряжение-частота, выход которого является выходом устройства, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а вход блока компенсации температуры подключен к датчику температуры.

Недостатком обоих устройств является невозможность корректировки крутизны преобразования расходомера без подачи эталонного расхода через датчик расходомера, что в 2 и более раз снижает точность измерения расхода и приводит к необходимости уменьшения межповерочного интервала.

Цель изобретения - повышение точности измерения расхода при увеличении межповерочного интервала.

Поставленная цель достигается тем, что в известный вибрационный преобразователь расхода,содержащий первичный преобразователь, выполненный на закрепленных в корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний, первым и вторым узлами сьема сигнала и электронный преобразователь, состоящий из блока стабилизации амплитуды колебаний, первый выход которого соединен с узлом возбуждения колебаний, первого блока формирования сигнала, вход которого соединен с первым узлом съема сигнала, а первый выход - с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формирования сигнала, вход которого соединен со вторым узлом съема сигнала, временного интегратора, первый вход которого соединен с выходом первого блока формирования сигнала, причем выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру и преобразователю напряжение-частота, второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а выход является выходом устройства, вход блока компенсациитемпературы подключен к датчику температуры, в электронный преобразователь дополнительно введены генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, RS- триггер, инвертор и переключатель, причем тактируемый вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго блока формирования сигнала соединен с входом инвертора, разрешающим входом счетчика

импульсов и через замкнутый контакт переключателя со вторым входом временного интегратора, а выход счетчика импульсов соединен с его входом сброса и с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу инвертора, выход RS-триггера через нормально разомкнутый контакт переключателя связан со вторым входом временного интегратора.

На фиг. 1 изображена функциональная Схема устройства; на фиг. 2 - циклограмма, поясняющая его работу.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит первичный преобразователь 1, включающий в себя узел возбуждения колебаний 2 и узлы съема сигнала 3 и 4, блок стабилизации амплитуды колебаний 5, блоки формирования сигнала 6, 7, генератор тактовых импульсов 8, счетчик импульсов.9, инвертор ТО, RS-триггер 11, переключатель 12, временной интегратор 13, электронный ключ 14, RC-фильтр 15, преобразователь напряжение-частота 16, блок компенсации температуры 17 и датчик температуры 18. Причем узлы съема сигналов 3 и 4 соединены соответственно с входами блоков б и 7, первый выход блока б соединен с входом блока 5, а его выход с узлом возбуждения колебаний 2. Выход блока 6 соединен со вторым входом временного интегратора 13, а выход блока 7 соединен с входом инвертора 10, разрешающим входом счетчика импульсов 9 и через нормально замкнутый контакт переключателя 12с первым входом временного интегратора 13, тактируемый вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов 8. Выход счетчика импульсов 9 соединен с его входом сброса и с S-входом RS-триггера 11, а его R-вход подключен к выходу инвертора 10, вы.од RS-триггера через нормально замкнутый контакт переключателя 12 связан с первым входом временного интегратора 13, а его выход подключен к последовательно соединенным электронному ключу 14, RC- фильтру 15 и первому входу преобразователя напряжение-частота 16, Второй вход преобразователя 16 соединен с выходом блока компенсации температуры 17, а вход блока 17 с датчиком температуры 18. Выход преобразователя напряжение-частота 16 является выходом устройства. На фиг. 2 изображены:

19, 20 - сигналы на выходе узлов съема сигнала 3 и 4; 21, 22 - сигналы на выходах блоков нормирования сигнала 6, 7; 23 - сигнал на выходе инвертора; 24 - логическая разность сигналов блоков 6, 7; 27 - то же, в режиме градуировка ; 25-сигнал на выходе счетчика импульсов; 26 - сигнал на выходе RS-триггера.

Устройство работает следующим образом.

Узел возбуждения колебаний 2, узел съема сигнала .3 и блоки 5, 6 образуют контур положительной обратной связи, возбуж- дающий колебание трубопроводов первичного преобразователя. Выходные

сигналы узлов съема сигнала 3, 4 (соответственно циклограммы 19, 20 на фиг. 2) поступают на вход блоков формирования сигнала 6, 7, где происходит их сравнение с опорным напряжением Vpn, В результате сравнения формируются промежуточные сигналы (циклограммы 21/22 соответственно), причем временной сдвиг между сигналами 21,22 представляет собой сдвиг между колебаниями трубопроводов, пропорцио

нальный измеряемому расходу. Сигнал с выхода блока формирования сигнала 6 поступает на второй вход временного интегратора 13, а с выхода блока формирования сигнала 7 на разрешающий вход счетчика

импульсов 9, на вход инвертора 10 и на нормально замкнутый контакт переключателя 12; при установке переключателя 12 в положение 1 (Работа)сигналы 19, 20 передаются на временной интегратор 13, где

осуществляется логическое вычитание входных сигналов-формирование п и Га (циклограмма 24) и интегрирование полученного результата. По окончании периода (Тп) замыкается электронный ключ 14, подключая

выход временного интегратора 13 к RC- фильтру 15, где осуществляется сглаживание напряжения, пропорционального временному сдвигу (измеряемому расходу). Операция повторяется каждый период Тп.

Таким образом, выходное напряжение пропорционально разности длительности импульсов TI и та . При нулевом расходе т и та. С выхода RC- фильтра напряжение подается на первый вход преобразователя

напряжение-частота 15, осуществляющий преобразование входного напряжения в частоту, пропорциональную измеряемому расходу. На второй вход с блока компенсации температуры 17 поступает напряжение,

пропорциональное температуре среды в трубопроводах первичного преобразователя. Выход преобразователя напряжение- частота является выходом электронною преобразователя.

При установке переключателя 12 в положение II (Градуировка) сигнал с блока 7 поступает на разрешающий вход счетчика импульсов 9. Счетчик импульсов 9 начинает счет импульсов, поступающих с генератора

тактовых импульсов 8. С появлением лог. 1 на выходе счетчика импульсов 9 (циклограмма 25) счетчик импульсов сбрасывается, на выходе RS-триггера 11 устанавливается лог.1. По окончании импульса (циклограмма 22) на выходе блока 7 на выходе инвертора 10 устанавливается сигнал лог. 1 (циклограмма 23), обнуляющий RS-триггер 11.

Таким образом, длительность импульса с выхода блока 7 укорачивается на величину Гз, пропорциональную коэффициенту деления (Kg) счетчика импульсов 9 и тактовой частоте (fT) генератора тактовых импульсов 8 (тз тт Kg), при этом напряжение на выходе временного интегратора 13 будет пропорционально разности сигна лов Г| и Ъг (циклограмма 27). Т.к. Ti больше t на постоянную величину Тз на выходе временного интегратора 13 будет напряжение, пропорциональное длительности Гз , а на выходе устройства частота fg Гз,

В этом режиме осуществляется корректировка градуировочной характеристики электронного преобразователя.

Влияние первичного преобразователя 1 на крутизну преобразования проявляется только при изменении температуры измеряемой среды за счет изменения модуля упругости материала трубопроводов. Это изменение компенсируется блоком компенсации температуры 17. При алгоритме обработки сигнала fc блоки, формирования 5 и б не оказывают влияния на крутизну преобразования, т.к. при возможных изменениях амплитуд входных сигналов и опорных напряжений разность Г| и 72 остается постоянной. Основное влияние на. крутизну преобразования оказывает канал преобразования сигналов т и ti в напряжение и затем в частоту. Приведенное устройство позволяет устанавливать коэффициент преобразования без подачи эталонного расхода как угодно часто, раз к сутки или, например, при измерении температуры окружающей среды, т.к. не учтенное изменение крутизны преобразования может происходить только в электронном преобразователе..

Эксперименты и анализ конструкции первичных преобразователей показал, что при максимальном расходе временной сдвиг между узлами сьема сигнала 2 и 3 составляет 200-300 мкс. Изменением ft и Kg устанавливается тз близким к верхнему пределу конкретного первичного преобразователя.

Практически это делается следующим образом. Устанавливается максимальный расход через первичный преобразователь 1,

затем изменением крутизны преобразования устанавливается fg, соответствующие максимальному расходу, затем переключатель 12 устанавливается в положение II

(Градуировка)и подстройкой коэффициента деления счетчика импульсов 9 (грубо) и частоты тактового генератора 8 (плавно) ус- . танавливается frp близкой к максимальной. После этого значение частоты tip записы0 вается в паспорт расходомера, Крутизна преобразования расходомера при эксплуатации устанавливается в режиме Градуировка установкой частоты frp, соответствующей паспортному значению на

5 данный комплект расходомера.

Дополнительные элементы в разработанном и испытанном образце выполнены на элементах 561 и 555 серии, в частности: генератор тактовых импульсов (

0 МГц) и инвертор выполнены на К555ЛН1; счетчик импульсов на К555ИЕ7 и К561ИЕ16; RS-триггер на К555ТР2; переключатель - МТДЗ. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение точ5 нрсти измерения расхода в 2 и более раз и увеличение межповерочного интервала с 1 года до 3-4 лет за счет обеспечения возможности регулярной подстройки крутизны преобразования расходомера без подачи

0 нормирующего расхода.

Формула из обретения Вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразова- тель, выполненный в виде закрепленных в

5 корпусе с возможностью колебаний двух трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и первым и вторыми узлами съема сигнала, электронный преобразователь, состоящий из блока ста0 билизации амплитуды колебаний, первый выход которого соединен с узлом возбуждения колебаний, первого блока формирования сигнала, вход которого соединен с первым узлом съема сигнала, а первый

5 выход - с входом блока стабилизации амплитуды колебаний, второго блока формирования сигнала, вход которого соединен с вторым узлом съема сигнала, временного интегратора, первый вход которого соеди0 йен с выходом первого блока формирования сигнала, причем выход временного интегратора подключен к последовательно соединенным электронному ключу, RC-фильтру и « преобразователю напряжение-частота.,

5 второй вход которого соединен с выходом блока компенсации температуры, а выход является выходом устройства, вход блока компенсации температуры подключен к датчику температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при увеличении межповерочного интервала, в электронный преобразователь дополнительно введены генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, RS-триггер, инвертор и переключатель, причем тактируемый вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго блока формирования сигнала соединен с входом инвертора, разрешающим входом

счетчика импульсов и через нормально замкнутый контакт переключателя с вторым входом временного интегратора, а выход счетчика импульсов соединен с его входом сброса и с S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу инвертора, выход RS-триггера через нормально разомкнутый контакт переключателя связан с вторым входом временного интегратора.