Устройство для контроля технологи-чЕСКиХ пАРАМЕТРОВ Советский патент 1981 года по МПК G05B23/02 

i54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ

1

Изобретение относится к контролю расходов и уровней продуктов в продуктопроводах и в емкостях и может быть применено как для контроля и управления технологическими процессами, так и для хозрасчетного учета продукции.

Известны устройства для контроля параметров, содержащие вычислительные блоки, генераторы и логические блоки 1 и 2.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для контроля технологических параметров, содержащее вычислительный блок, генератор стимулирующих сигналов и усилитель, соединенные через соответствующие коммутаторы с пьезопреобразователями и датчиками темпераФуры, а та.кже таймер, связанный с передатчиком и усилителем, при этом таймер и усилитель подключены к вычислительному блоку 3.

Недостатком данного устройства является то, что оно может быть использовано лишь для замера расхода продуктов и не может быть одновременно использовано для замеров уровней продуктов в емкостях. Кроме того, это устройство измеряет лищь объемный расход продукта, в нем не измеряется

скорость распространения ультразвука в продукте и не контролируется температура этого продукта.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля. , Поставленная цель достигается тем, что

устройство содержит генератор эталонной частоты, ключи, счетчик импульсов, триггеры, элементы ИЛИ, элемент И, дифференцирующий блок и блок задержки, выход усилителя соединен с первым входом первого

ключа, выход которого соединен с первым коммутатором, подключенным через блок задержки ко второму коммутатору, с одним из входов первого триггера и с одним из входов элементов И, выход которого подключен через первый элемент ИЛИ к одному

из входов второго триггера, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего блока, соединенного с входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму коммутатору, а выход оединен с входом генератора стимулирующих сигналов, выход второго триггера соедиен с одним из входов второго ключа, втоой вход которого соединен с выходом генеатора эталонной частоты, а выход - со

счетчиком импульсов, подключенным к вычислительному блоку, связанному с вторым входом первого ключа, первым триггером, вторыми входами элементов И и ИЛИ и входами дифференцирующего блока.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит вычислительный блок 1, генератор 2 стимулирующих сигналов, усилитель 3, коммутаторы 4, пьезопре-, образователи 5, датчики 6 температуры, генератор 7 эталонной частоты, ключи 8, счетчик 9 импульсов, триггеры 10, элементы ИЛИ 11, элемент И Г2,дифференцирующий блок 13 и блок 14 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением расхода продукта вычислительный блок 1 вырабатывает сигнал сброса в «О счетчика 9 и через элемент ИЛИ 11 триггера 10, который в нулевом состоянии закрывает ключ 8, подает сигнал на установку триггера 10 в исходное положение, команды на подсоединение к генератору 2 стимулирующих сигналов и усилителю 3 соответствующих пьезопреобразователей 5 для измерения, например, по потоку и команду на соединение выхода управляемого ключа 8 со входом элемента ИЛИ 11 на входе генератора 2 стимулирующих сигналов.

Для начала из.мерения вычислительный блок 1 вырабатывает сигнал на входе дифференцирующего блока 13, который после дифференцирования одновременно запускает через элемент ИЛИ 11 генератор 2 стимулирующих сигналов и перебрасывает триггер 10 в рабочее состояние. При этом открывается ключ 8, и счетчик 9 начинает считать импульсы от генератора 7 эталонной частоты.

Импульс от генератора 2 стимулирующих сигналов через коммутатор 4 возбуждает соответствующий пьезопреобразователь 5 на продуктопроводе. Ультразвуковые колебания, пройдя через поток измеряемого продукта, принимаются другим пьезопреобразователем 5, и электрический сигнал от него через второй коммутатор 4 поступает на усилитель 3. К этому времени вычислительный блок 1 вырабатывает команду для открытия ключа 8, и сигнал с выхода усилителя 3 через коммутаторы 4 поступает на новый запуск генератора 2 стимулирующих сигналов и на запуск триггера 10. Вычислительный блок 1 принимает сигнал от первого триггера 10 о заверщении одного цикла измерения.

В зависимости от диаметра продуктопровода и от требуемой точности измерения в программе вычислительного блока 1 на каждый расход предусматривается определенное количество циклов прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против него. Вычислительный блок 1, получая сигналы о

заверщении очередного цикла с первого триггера 10, каждый раз устанавливает этот триггер в исходное состояние, прибавляет единицу к числу прощедщих циклов и сравнивает полученное число с установленным программой числом циклов. Как только в вычислительный блок 1 поступает сигнал о предпоследнем цикле, он вырабатывает команду на прерывание циклов. Прощедщий сигнал последнего цикла через элемент И 12 и элемент ИЛИ 11 сбрасывает второй триггер 10 в нулевое состояние и закрывает ключ 8. Показание счетчика 9 импульсов переписывается в оперативную память вычислительного блока. После этого вновь устанавливается в исходное состояние счетчик

импульсов и триггеры 10, коммутируются те же пьезопреобразователи на работу против потока, подается команда на вход дифференцирующего блока 13, и измерение повторяется против потока. После аналогичной работы записывается в вычислительный

второе показание счетчика 9 импульсов. По этим данным в вычи-г-лительном блоке вычисляется значение расхода. Определяя с помощью соответствующего датчика 6 температуру продукта, зная его тип (марку) и

5 скорость распространения в нем ультразвука, с помощью вычислительного блока 1, во-первых, рассчитывается массовый расход контролируемого продукта, а во-вторых, в расчетах учитывается погрещность измерения расхода с помощью ультразвукового

0 датчика, связанная с изменением профиля скорости потока продукта и определяемая видом и температурой этого продукта.

Аналогичные из.мерения проводятся и по

5 другим продуктопроводам. При измерении уровня, так же, как и при из.мерении расходов, схема с помощью вычислительного блока 1 первоначально приводится в исходное состояние. С этой целью сигналом от вычислительного блока 1 счетчик 9 импульсов и триггеры 10 приводятся в исходное состояние. Вырабатываются команды на подсоединение с помощью соответствующих коммутаторов 4 блока 14 задержки между выходом ключа 8, который находится на выходе усилителя 3, и входом элемента ИЛИ 11 на входе генератора 2 стимулирующих сигналов. Кроме того, вычислительным блоком вырабатывается сигнал на подсоединение к 1;енератору 2 стимулирующих сигналов соответствующего пье0 зопреобразователя. Так же, как и при измерении расходов, через дифференцирующий блок 13 запускается генератор 2 стимулирующих сигналов, и с помощью второго триггера 10 и ключа 8 запускается счетчик 9 импульсов. Ультразвуковые колебания, поя5 вивщиеся в результате возбуждения соответствующего пьезопреобразователя 5, начинают двигаться в сторону границы раздела двух сред и, отразивщись от нее в этом

же пьезопреобразователе, превращаются в электрический сигнал. К этому времени вычислительный блок 1 подключает с помощью коммутатора 4 данный пьезопреобразователь к усилителю 3. Принятый электрический сигнал после усилителя 3 через ключ 8 и элемент И 12, подготовленный к этому времени сигналом с вычислительного блока к срабатыванию, и через элемент ИЛИ 11 перебрасывает второй триггер 10 в нулевое состояние. Счетчик 9 импульсов фиксирует величину, пропорциональную времени распространения ультразвуковых колебаний от соответствующего преобразователя 5 до измеряемого уровня и обратно.

Код счетчика, отражающий информацию об уровне продукта, перезаписывается в оперативную память вычислительного блока. После приведения схемы в исходное состояние с помощью другого пьезопреобразователя, находящегося в этой же емкости на фиксированном расстоянии от первого пьезопреобразователя, аналогично производится замер времени распространения ультразвуковых колебаний в интервале базового расстояния по среде, в которой производилась локация уровня.

Таким образом, зная время распространения ультразвуковых колебаний от пьезопреобразователя до искомого уровня и скорость распространения ультразвука в данной среде, можно высчитать значение искомого уровня.

Так же, как и в случае измерения расхода, для повышения точности измерения каждый замер можно производить в несколько циклов. Отличие работы схемы в этом случае от работы при измерении расходов в несколько циклов заключается в том, что при измерении уровня принятый сигнал с выхода усилителя подается не непосредственно на генератор 2 стимулирующих сигналов, а пропускается через блок 14 задержки. Эта задержка по времени необходима для переключения пьезопреобразователя со входа усилителя вновь на выход генератора стимулирующих сигналов. Таким образом, пока принятый сигнал задерживается блоком 14 пьезопреобразователь с помощью команд вычислительного блока вновь подключается к генератору стимулирующих сигналов, и цикл повторяется.

Зная геометрические размеры емкости и замеряя температуру продукта при известной марке (или используя вместо датчика 6 температуры плотномер), можно определить вей продукции в емкости. Контроль работы устройства производится по командам вычислительного блока путем подсоединения блока 14 задержки между генератором 2 и усилителем 3. Измеряя время прохождения сигнала через блок 14 задержки и сравнивая с записью .этого времени в оперативной памяти, вь1числительный блок периодически проверяет работоспособность устройства.

Таким образом, используя унифицированные неконтактные датчики без движущихся частей - пьезопреобразователи, коммутаторы, измерительную схему и вычислительный блок можно с помощью измерения времени распространения ультразвуковых сигналов определять расходы в продуктоводах и уровни продуктов в емкостях в объемах и весовых единицах. Кроме того, можно контролировать температуру и плотность продуктов. Предлагаемое устройство может использоваться не только для контроля технологических параметров и для хозрасчетного учета продукции, но и в качестве системы управления технологическими процессами. Особенно просто это устройство может быть использовано для управления процессом компаундирования продуктов.

Формула изобретения

20

Устройство для контроля технологических параметров, содержащее вычислительный блок, генератор стимулирующих сигналов и усилитель, соединенные через соответствующие коммутаторы -с пьезопреоб. разователями и датчиками температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно содержит генератор эталонной частоты, ключи, счетчик импульсов, триггеры, элементы ИЛИ, элемент И, дифференцирующий блок и блок, задержки, выход усилителя соединен с первым входом первого ключа, выход которого соединен с первым коммутатором, подключенным через блок задержки ко второму коммутатору, с одним из входов первого

5 триггера и с одним из входов элементов И, выход которого подключен через первый элемент ИЛИ к одному из входов второго триггера, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего блока, соединенного со входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму коммутатору, а выход соединен с входом генератора стимулирующих сигналов, выход второго триггера соединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выход - со счетчиком импульсов, подключенным к вычислительному блоку, связанному с вторым входом первого ключа, первым триггером, вторыми входами элементов И и ИЛИ и входами дифференцирующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 437081, кл. G 06 F 15/46, 1972.

5 2. Авторское свидетельство СССР № 407324, кл. G 06 F 15/46, 1971.

3. Патент США № 3564912, кл. 73-194, 1972 (прототип).