Цифровое измерительное устройство расходомера Советский патент 1979 года по МПК G01F1/60 

(54) ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РАСХОДОМЕРА

Изобретение касается измерения расхода,в частности, электромагиитным расходомером. Известны цифровые измерительные устройства расходомеров, содержащие тактовый генератор, источник компен сирующего напряжения, суммирующий узел, синхронный детектор, компаратор, счетчик импульсов (реверсивный циФро-ак1алоговый преобразователь и усилитель. Однако они обладают низкой помехоустойчивостью, так как цифровой код на выходе счетчика соответствует входному сигналу только в моменты наступления равновесия, а скорость слежения определяется частотой импульсов кварцевого генератора и не зависит от величины разбаланс.а. Кроме того, устройство содержит ряд сложных блоков, вносящих дополнительную погрешность измерения. Цель изобретения - повыщение точности. Для этого устройство снабжено двумя ключами, один из которых Эключей между тактовым генератором и суммирующим узлом и содержит вход подключаемый к первичному преобраЭователю расходомера, а второй включен между входами источника компенсирующего напряжения и выведенного в устройстЁо триггера компенсации,один из входов которого подключен через компаратор, введенный в устройство интегратор, синхронный детектор к суммирующему узлу, а другой - к тактовому генератору, и входами суммирующего узла, причем источник компенсирующего напряжения содержит вход, подключаемый к первичному преобразователю расходомера, и выход, подключенный к синхронному детектору, тактовому генератору, выход которого подключен к компаратору и логическому вентилю, выход которого подключен к счетчику импульсов, а вход - к триггеру компенсации. На фиг. 1 приведена схема пред ложенного устройства; на фиг. 2. временная диагр.амма работы устройства. Устройство содержит источник 1 компенсирующего напряжения с меандровым выходом 2 сигнальным выходом: 3, тактовый генератор 4 со входом 5, опросньш выходом 6 и выходом цикла 7 г первый ключ 8 , второй ключ 9,

СЗ Фтрующий узел 10, синхронный детектор 11, интегратор 12, компара тор 13, тактируемый, триггер 14 компенсации, счетчик 15, счетный вы ход 16 источника компенсирунадего напряжения; логический вентиль 17, преобразователь 18 расхода с основным выходом 19 и дополнительным выходом 20, вход 21 источника компенсируюйего напряжения.

На фиг., 2 Uv, - выходное напряжение интегратора 12, U{, - напряжение порога компаратора 13, TI, - время рзмерения, Тв - вспомогательное вре-мя,. Т - полупериод переменной магнитной индукции преобразователя рас.хода. . : .

алходы источника компенсирующего

и тактового гёнврйтора предназначены: меандровый вькод 2 для получения прямоугольного напряжения, совпадающего точно по фазе . с магнитной индукцией преобразова-теля расхода, он соединен со входом 5 тактовогсЛ генератора 4 и опорным вхйдам синхронного детектора 11, сигнальный выход 3 - для получения

тер мШШгв напряжения, пропщщйо н аЖйб1 о мгновенному значению магнитной индукции, он соединён с сигнальным входом ключа 9. Амплитуда. напряжений на сигнальном выходе должна быть не меньше максимальной ам ШткЖ да й§мёряемдгЬ сигнала на входе устройства.

Счетный выход 16 используется для

определенного числа коротких ишу ль-сов за каждый полупериод магнитной индукции и соединен через логический вентиль 17 со входом счетчика 15. Опросный выход б так товогЬ генератора 5 предназначен

длЯ получения сигнала опроса в м6 мёнтй, когда магнитная -индукция проходит через нуль. Дополнительно возможна подача сизгнала опроса постоянно S течение вспомогательного ёрёйёйй, т.е. в ftepejpiaBax мёзэду врв йенйымй измерения. Опросной выход б соединен с тактовым (опроСйым) вхрдом триггера 14 компенсацииi

Выхйд цикла 7 тактового генератора 5 определяет 1шкл работы и служит для управления работой иэмерительного устройства в целом. Он соединен с цепью управления ключа 8 и одним входом компаратора, Основной выход преобразователя рас сЬДШ СЬединен через ключ8, СУм мирукщий узел 10, синхронный детектор 11) интегратор 12,. коьшаратбр 13 и тактируемый триггер 14 с цепями Уйраёйёиия второго ключа 9 и логическОгЬ вентиля /17.. : .,

Кодированный выход устройства -сШОйуйНОСТь входные и выходных сигналов счетчика 15.

В начале каждого цикла работы (за исключением первого) интегратор 12 разряжен, на выходе триггера 14 компенсации .сигнал отсутствует и ключ 9 разомкнут.

Цикл работы устройства состоит из двух частей, длительность которы определена генератором 4 такта. С началом первой части цикла (времени измерения Ти) постоянное напряжение на выходе 7 замыкает ключ 8 и смещает порог срабатывания компаратора 13 от нуля (например, в сторону положительных напряжений Uj, на диаграмме) . Ключ 8 пропускает входной сигнал от преобразователя расхода через суммирующий узел 10 и синхронный детектор 11 на вход интегратора 12. Полярность входного сигнала должна обеспечить движение выходно,го напряжения Uv интегратора 12 в Ъторону порога компаратора 13.

При этом логический О на выходе триггера 14 компенсации сохраняется Превышение выходньам напряжением U по)ога Uf, вызывает скачкообразное изменение ло ических сигналов выходов компаратора 13 на инверсии. Поступление очередного импульса опроса ( в момент прохода магнитной индукции, следовательно и полезной составляиаей выходного напряжения rtpeобразователя расхода, через нулевой уровень) инвертирует И состояние триггера компенсации 14, который своим выходным сигналом замыкает ключ 9.. Компенсирующий сигнал от сигнального выхода 3 вычитается в (вдем узле 10 от входного , сигнала (который по амплитуде всегда меньше компенсирующего), в результате чего выходное напряжение интегратора.12 начинает приближаться к порогу компаратора 13 с другой стороны (евёрзсу на диаграмме) .

Пересечение порога вызывает снова изменение логического состояния выхода компаратора 13, которое переносится с поступлением импульса опроса в триггер 14 компенсации. Изменение состояния триггера 14 вызйва ет размыкание ключа 9 и прекращение действия компенсирующего напряжения с выхода 3, в связи с чем выходное напряжение интегратора 12 опять приближается к порогу кЬмпаратора 13 и описанный процесс.подключения и отключения компенсирующего сигнала будет повторяться до окончания времени измерения, С окончанием времени взмерения Т начинается вспомогательное время Тд , размыкается ключ 8, и порог ifOMnapaTOpa 13 вернется к нулевомууровню. В . связи с ВТим выходное напряжение интегратора 12 оказывается выие порога компаратора 13 ; нв;эГависимо от взаимного положения в конце времени измерения, и.начинается окончательная компенсация ( которая может быть продолжением последнего процесса компенсации внутри времени измерения) .

Окончательная компенсация происходит интенсивнее предыдущих из-за отсутствия входного , которы противодействует компенсирующему. После полной компенсации ко1 енсируюадий сигнал выключается окончательно, и устройство готово к новому циклу измерения.

Трансформаторная помеха не влияет на работу устройства, так как ее интеграл через полупериод равняется нулю, а компаратор 13 опрашивается (состояние его выхода переводится в триггер 14 компенсации ) только в моменты прохода магнитной индукции через нуль. Отсутствие входного сигнала (следовательно, и трансформаторной помехи) после окончания времени измерения позволяет , в течение вспомогательного времени использовать режим постоянного опроса (постоянное напряжение на тактовом входе триггера 14 компенса,ции). Этим обеспечивается выключение компенсирующего сигнала сразу после полной разряд;ки интегратора 12, следовательно, нет необходимост дополнительно разряжать интегратор 12 до начала нового цикла.

Режим постоянного опроса в течение вспомогательного времени позволяет при необходимости снйзить частоту опроса внутри времени измерения в любое целое число раз птем запрета части импульсов опроса. Снижение частоты опроса полезно с точки зрения уменьшения погрешности, вызванной запаздыванием переключения ключа 9. Возможное снижение частотыопроса ограничено величиной сдвига порога компаратора от :нулевого уровня во время измерения, так как амплитуда колебаний выходного напряжения интегратора 12 При низкой частоте опроса растет.

При увеличенной амплитуде появляется опасность захода выходного напряжения интегратора 12 ниже нуля, откуда компенсирующее напряже,нив не может его вернуть.

Вход 5 тактового генератора 4 управляется меандровым выходом 2 и поэтому время измерения и вспомогательное время содержат целое число полупериодов магнитной индукции.

Для уменьшения погрешности, вызванной дискретностью, следует увеличить число импульсов, соответствущее полному пределу измерения. При ограниченной частоте магнитного пол и ограниченном времени измерения полупериод магнитного поля разбива690298

ется на более мелкие отрезки времени.

Последовательность импульсов, снимаеглая с дополнительного счетного выхода 16 источника 1 компенсационного напряжения,.- пропускается через логический вентиль 17, которьиЯ управляется триггером 14. Счетные импульсы должны быть расположены во времени неравномерно такимобразом, что интервалу вре0мени между любыми соседними импульсами соответствует одинаковая вольтгсекундная площадь под кривой компенсирующего напряжения на сигнальном выходе 3 опроса.

5

Снижение частоты опроса полезно с точки зрения уменьшения погрешности, вызванной запаздыванием ..

переключения ключа 9. Возможное снижение частоты опроса ограничено

0 величиной сдвига порога компаратора от нулевого уровня во время измерения, так как амплитуда колебаний выходного напряжения интегратора 12 при низкой частоте опроса растет. .

5

При увеличеннЬй амплитуде.появляется опасность захода выходного напряжения интегратора 12 ниже нуля, откуда компенсирующее напряжение не может его вернуть. .

0

Вход 5 тактового генератора 4 управляется меандровым выходом 2 и поэтому время измерения и вспокюгательное время содержит целое чис5ло полупериодов магнитной индукции. Для уменьшенияпогрешности вызванной дискретностью, следует увеличить число импульсов, соответствующее полному пределу измерения. При ограниченной частоте магнитного поля

0 и ограниченном времени измерения полупериод магнитного поля разбивается на более мелкие отрезки времени.

Последовательность импульсов,

5 снимаемая с дополнительного счетного выхода 16 источника компенсационного напряжения 1, пропускается через логический вентиль 17, который управляется триггером 14 на счет-

0 чик. Счетные импульсы должны быть расположены во времени неравномерно таким образом, что интервалу времени между любыми соседними импульсами соответствуют одинаковая .

5 врльтсекундная плсяцадь под кривой компенсирующего напряжения на сигнальном выходе 3.

60

Формула изобретения

Цифровое измерительное устройство расходомера, в частности электромагнитного, содержащее тактовый 65 генератор, источник компенсирующего

напряжения, суммирующий узел, синхронный детекто1э, компаратор и счетчик импул1ьсов отличающев с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя ключами сдаин из которых включен между тактовым генератором и суммирующим узлсж и содержит вход, подключаемый к первичному преобразователю расходс ера, а второй включен между выходами источника KoMitisracHpyiotnelTO напряжения и введеннотч э устройство триггера коьйтенсации, один из выходов которого подключен через комСети

паратор, введенный в устройство интегратор, синхронный де ектор к суммирующему узлу, а другой - к такч товому генератору,и входами сукмирующего узла, причем источник компенсирующего напряжения содержит вход, подключаеь«лй к первичному преобразователю расходомера, и выход, подключенный к синхронному детектору, тактовому генератору, выход которого подключен к компаратору, и логическому вентилю, выход которого подключен к счетчику импульсов, а вход к триггеру компенсации.