Устройство для вычисления расхода жидкости в единицах массы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61)Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 16.11.81 (21) 3357861/18-24 (Я)М.КИ.З с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетG 06 F 15/46 . а 01 Г 1/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытиЯ

Опубликовано 15Ю383. Бюллетень ¹ 10 (331УДК 681. 325. .22(088.8) Дата опубликования описания 15.03.83

В..А. Тройников, И, В. Ситников, Н, Н. Ант нов и В:. 3;„",,"„: Мпмазов

-".Р 1"

4 (у

" г

Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени-"- "". .;- „,.: -, политехнический институт им. В. В. Куйбышевй (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

В ЕДИНИЦАХ МАССЫ

Изобретение относится к вычислительной и измерителвной технике.

Известно устройство 51) содержащее расходомеры и предназначенное для измерения расхода Q в единицах массы, реализующее алгоритм деления сигнала измерителя величины скоростного напора Р потока жидкости на величину объемного расхода Qq измеряемую при помощи расходомера. Конструктивно совместно с объемным расходом целесообразно измерять не скоростной напор, а осевую силу,,связаннув со скоростным напором нелинейной зависимостью. При этом связь выходного сигнала датчика осевой силы (частота импульсов F ) с ве:личиной скоростного напора может быть. представлена при помощи разло-, жения в стенной ряд„ или, ограничиваясь членами до второго порядка, Р - Ь + .Ьч F + Ь. Г .

Принимая, что выходной сигнал тахометрического расходомера (частота импульсов f.) связан с величиной объемного расхода линейной зависимостью

Qy = во+ ач ° видим, что получение результата из-. мерения расхода в единицах массы -требует вычисления выражения

0. 8a+ Ь F+ Ьзх (,) во+ ач, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее три счетчика импульсов, генератор стабильной частоты, преобразователи десятичного кОда В дВОичнО-десятичный,. злок ВВОда времени измерения, блока ввода числа, формирователь ийпульса запуска, объемный расходомер, блок индикаций и элементы И, НЕ, с помощью которых формируется интервал измерения и зависящее от величины частоты сигнала датчика приращение интервала измерения, заполняете частотным сигналом этого же датчика, и реализукщее квадратичную зависимость t:2j.

К недостаткам известного устройства относится то, что, интервал из- мерения в нем в значительной степени определяется величинами коэффициентов аппроксимирующего уРавнения (т.е. параметрами датчика), что при существующем их разбросе приводит к недопустимому отличив интервала измерения у различных измерителей, а также то, что функциональная зависимость, вычисляемая известным устрой1005074 ством, не позволяет применять его при измерении расхода жидкости в единицах массы.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение точности путем устранения зависимости интервала измерения от параметров датчиков.

Поставленная цель достигается тем,. что в устройство, содержащее первый счетчик, выход второго подключен к первым входам первого элемента И и первого элемента И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входом первого счетчика и с первым входом.второго счетчика, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, выход второго счетчика соединен с первыми входами второго элемента И и второго элемента И-НЕ, второй вход которого и второй вход первого элемента И-НЕ соединены с первым информационным входом устройства, генератор эталонной частоты и третий счетчик, введены четыре счетчика, три делителя, три триггера, элемент задержки, элементы И, ИЛЙ, причем первый вход третьего элемента И является вторым информационным входом устройства, выход первого триггера подключен к перво- З0 му входу четвертого элемента И, к второму входу третьего элемента И и к третьим входам первого и второго элементов И-НЕ, третий вход третьегс элемента И и первые входы пятого 35 элемента И и элемента ИЛИ соединены с выходом четвертого счетчика, вход которого подключен к выходу пятого элемента И, второй вход которого и первый вход первого делителя со- 40 единены с выходом первого счетчика, третий вход пятого элемента И и вторые входы элемента ИЛИ, первого делителя и первого элемента И подклк:— чены к выходу четвертого элемента И, 45 второй вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, выход третьего элемента И подключен к входу пятого счетчика, выход ко-. торого соединен с первым входом шестого счетчика, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход шестого счетчика соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, второго триггера и с входом элемента задержки, третий вход шестого счетчика и вход второго делителя подключены к выходу элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второго счетчика, выход второго делителя 60 подключен к первым входам третьего делителя и восьмого элемента И, второй вход которого и второй вход шестого элемента И соединены с первым выходом второго триггера, вторЬй выход которого подключен к вторым входам седьмого элемента И и третьего делителя, выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И-НЕ, а выход — к первому входу третьего счетчика, второй .вход которого содинен с выходом восьмого элемента

И, первый выход третьего счетчика соединен с первым входом третьего триггера, выход которого подключен к второму входу второго триггера, второй выход третьего счетчика соединен с первым входом первого триггера, вторые входы первого и третьего триггеров соединены с управляющим входом устройства, первый и второй входы седьмого счетчика соединены соответственно с выходами шестого и седьмого элементов И, выход первого делителя подключен к второму входу второго элемента И.

На чертеже изображена схема устройства.

Схема включает счетчик 1, элементы И 2 и 3, счетчик 4, элемент И-НЕ

5, счетчик 6, датчик 7 осевой силы, делитель 8, элемент И 9, элемент ИЛИ

10, элемент И-HE 11, счетчик 12, генератор 13 эталонной частоты, элемент И 14, счетчик 15,- элемент И 16, делители 17 и 18, элемент И 19, элемент задержки 20, счетчик 21, датчик 22 объемного расхода, элементы

И 23, 24 и 25, счетчик 26, триггеры 27 и 28, источник 29 сигнала пуска и триггер 30.

Устройство вычисляет зависимость, тождественную исходному выражению (1) ЬоТ (FT- FgT ъ ь ь, kb 1ь 1)

Q T о (T + T 5 + % (Т+ ьт )

О (2)

n, + (т+ ат )

@м naif (Т+аТ) где коэфФициенты ао, а„, О„, b и Ь предполагаются известнйми, а величина интервала измерения Т выбрана исходя из требуемой точности измерения, чувствительности датчиков и т.п. Выбор вспомогательных констант

FO и ЬТ будет обоснован ниже.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 30 закрывает логические схемы 5, 11, 14 и 23, в счетчики 1 и 4 заносятся дополнительные коды чисел (Tfоа ) и

6Tfoð ) соответственно, в счетчик

21 - код n = — (Т + ЬТ), в счетчик 6ао а1 код (- F Т), счетчик 12 сбрасывается в О, в счетчиK 15 заносится код п =

1005074

=Ь Т/(Ь + В F ), старшие разряды счетчика 26 полностью заполняются, а младшие устананливаются в ноль, По команде "Пуск" срабатывает триггер 30, открывая элементы 5, 11, 14 и 23, и начинается заполнение счетчика 1 импульсами частотой f z генератора 13, счетчика 21 — импульсами частотой f датчика 22, счетчиков 6 и 15 — импульсами датчика 7 частотой F. Срабатывают также и триггеры 27 и 28, открывая элементы 19 и 24, стопоря делитель 18 и закрывая элемент 25. Через интервал времени Т переполняется счетчик 1

10 и перепад напряжения с его выхода открывает элемент 3, расстопоривает делитель 8 и закрывает элементы 2 и 5. К этому моменту времени состояние счетчика 6 равно (FT - Г Т) и, таким образом, для сформирования интервала времени bT< достаточно импульсами с частотой (- + Г,) полностью

Ь ь2. О

I вычесть этот код н соответствии с вы- 25 ражениями (2) и (3). Частота (- + F )

b< с целью получения простой схемы формируется из опорной частоты f „ генератора 13 делением на одно-двузначное целое число. С другой стороны, соотношение F c Fain позволяет избежать дополнительного ренерсирования счетчика 15, эквивалентного уменьшению Т. Эти требования выполняются при выборе (- + Р„) как ближайшего к

Ь1 ь„

В 1 (-"+ Ги„;„) снизу числа из ряда —, он

В2 где k - целое число, 1 c kc 99, 4О а f „ - одна иэ опорных частот схемы.

Таким образом, пропусКая по окончании времени Т на вычитающий вход Ой счетчика 21 импульсы частотой

45 а на вход счетчика 4 - импульсы частотой Г „, сформируем АТ и ЬТ; а следовательно, и числитель, и знаменатель дроби выражения (3) в счетчиках 15 и 21 соответственно. Высокая точность вычисления расхода возможна при таком выборе величины интервала измерения и чувствительности датчиков, при котором числитель и знаменатель указанной дроби вычисляются с достаточным (и приблизительно равным) количеством значащих цифр, Соответствующим образом выбирается и количество значащих цифр постоянного Коэффициента С. Метод последовательных вычитаний, применяемый обычно для ныполнения множительноделительной операции, требует в этих условиях очень много времени. А выбором вспомогательной константы бТ время вычисления можно значительно 65 уменьшить, Для этого выбираем ЬТ таким образом, что (bgF(y + hq) (Т + hT) и

Т

= m-a а„ где m и и — целые числа, 1 m 99;

g — основание системы счисления (10 или 2), в которой считает счетчик 26.

Это позволяет вычислять старшие и мпадшие разряды результата отдельно и во много раз ускорить вычисление °

При выборе bT следует также помнить, что числитель и знаменатель дроби соотношения (3) должны быть измерены приблизительно за один и тот же интервал времени, т.е. ЬТ должно быть близким к дТ, например, находиться внутри интервала изменения ЬТ

ЬТ,1 ЬТ T < ax °

После сформирования числителя и знаменателя открывается элемент ИЛИ

10 и импульсы генератора 13 поступают на вход вычитания счетчика 12 и через делитель 17 и элемент 19 — на вход вычитания счетчика 15. Счетчик

12 сразу же переполняется и первым импульсом переполнения через элемент задержки 20. записывает в себя код счетчика 21 и через элемент И 24 добавляет единицу в старшие разряды счетчика 26, т.е. обнуляет его. Далее счетчик 26 производит счет числа переполнения счетчика 12 до появления на выходе переполнения вычитанием счетчика 15 импульса, который опрокинет триггер 28 сразу же, а триггер 27 — н момент прихода первого последующего ("лишнего") импульса переполнения счетчика 12. Таким образом, если численное значение выражения (3) представить в виде (и99и+ n4), где и - количество младших разрядов счетчика 26, то после. опрокидывания триггера 27 в счетчике 26 будет записано число (и5+ 1)ц", а в счетчике 15 (па+ 1)и 1 где М - численное значение числите..я °

М вЂ” знаменателя дроби выражения (3), а фигурные скобки обозначают целую часть числа.

После срабатывания триггера 27 закрываются элементы 19 и 24, открывается элемент И 25 и переводится в рабочее состояние делитель 18 с коэффициентом деления g", импульсы с выхода которого поступают на вход суммирования счетчика 15, через элемент И 16 до переполнения счетчика по входу суммирования. За это время счетчик 12 переполнится

1005074

Формула изобретения

65 раз, с илько же импульсов поступит и на вход вычитания младших разрядов счетчика 26.

Ошибка выполнения множительносодержит две составляющие, первая из которых не превышает единицы млад- gp шего разряда результата (дискретность результата), вторую удобнее оценить относительным значением, которое не

1 превышает — (дискретность числителя) .

Н1 15

Импульс переполнения с выхода счетчика 15 опрокидывает триггер 30,. который прекращает вычисление.

Таким образом, точность вычисления числителя, знаменателя и их отношения с умножением на постоянный коэффициент ограничивается соответствующими погрешностями от дискретности, величины которых благодаря свободе выбора интервала измерения Т уменьшаются до требуемых значений.

Использование предлагаемого устройства позволяет с высокой точностью производить измерение расхода жидкости в единицах массы, минуя непосредственное измерение плотности жидкости, что дает весомый выигрыш в прoстоте конструкции. На выбор интервала измерения не влияет разброс параметров датчиков, что позволяет выбират - величину интервала более обоснованно и одинаковой для различных датчиков. Устройство постоянно хранит в своей памяти все параметры датчиков, допуская их корректировку по результатам проверки. Реализуя 4р довольно сложную вычислительную процедуру, устройство повышает точность измерения или расширяет диапазон работы и одновременно автоматизирует процесс измерения, что повышает производительность труда и позволяет избежать субъективных ошибок измерений, т.е. повысить их достоверность.

Устройство для вычисления расхода жидкости в единицах массы, содержащее первый счетчик, выход которого подключен к первым входам первого элемента И и первого элемента И-HE выходы которых соединены соответственно с входом первого счетчика и с первым входом второго счетчика, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, выход второго счетчика соединен с первыми входами второго элемента И и второго элемента И-НЕ, второй вход которого и второй вход первого элемента И-НЕ соединены с первым информационным входом; устройства, генератор талонной частоты и третий счетчик, отличающееся тем, что, с целью повыаения точности измерения параметров датчиков, в него введены четыре счетчика, три делителя, три триггера, элемент задержки, элементы И, ИЛИ, причем первый вход третьего элемента И является вторым информационным входом устройства, выход первого триггера подключен к первому входу четвертого элемента И, к второму входу третьего элемента И и к третьим входам первого и второго элементов И-НЕ, третий вход третьего элемента И и первые входы пятого элемента И и элемента ИЛИ соединены .с выходом четвертого счетчика, вход ,которого подключен к выходу пятого элемента И, второй вход которого и первый вход первого делителя соединены .с выходом первого счетчика, третий вход пятого элемента И и вторые входы элемента ИЛИ, первого делителя и первого элемента И подключенй к выходу четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, выход третьего элемента И подключен к входу пятого счетчика, выход которого соединен с первым входом шестого счетчика, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, выход шестого счетчика соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, второго триггера и с входом элемента задержки„ третий вход шестого счетчика и вход второго делителя подключены к выходу элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второго счетчика, выход второго делителя подключен к первым входам третьего делителя и восьмого элемента И, второй вход которого и второй вход шестого элемента И соединены с первым выходом второго триггера, второй выход которого подключен к вторым входам седьмого элемента И и третьего делителя, выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подключен.к выходу второго элемента И-НЕ, а выход - к первому входу третьего счетчика, второй вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый выход третьего счетчика соединен с первым входом третьего триггера, выход которого подключен к второму входу второго триггера, второй выход третьего счетчика соединен с первым входом первого триггера, вторые входы первого и третьего триггеров соединены с управляющим входом устройства, первый и второй входы седьмого счетчика соединены соответственно с выходами шестого и седьмо10

1005074

Составитель А. Жеренов

Редактор К. Волощук Техред К.Иыцьо Корректор Е. Рошко

Заказ 1901/65 Тираж 704 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

1130 35, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 го элементов И, выход первого делителя подключен к второму входу второго элемента И.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Б<ханяк Л. Л. и др. Тахометрические расходомеры. Л., "Машиностроение", 1968, с..-,197.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 858005, кл . С 06 F 15/46, 1979 (прототип).