Электромагнитный расходомер

 

Изобретение относится к технике измерения расхода жидкостей электромагнитным методом. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. В блок управления электромагнитного расходомера введены генератор тактовых импульсов, счетчик и регистры. С помощью введенных элементов вместо измерения всего периода опорного сигнала измеряется одна четверть этого периода, что повышает быстродействие. Процесс измерения состоит из двух циклов - основного и вспомогательного. К концу основного цикла накапливается грубая оценка измеряемой величины. Эта оценка уточняется на протяжении вспомогательного цикла, что повышает точность измерения. 1 табл., 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) рц С 01 Г 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ с (Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4310057/31-!О (22) 28.09.87 (46) 15,07,90. Бюп. У 26 (71) Таллиннский политехническийинститут (72) В.А.Герасимчук (53) 681.121(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 690298, кл. 0 01 F 1/60, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 1509600, кл G 01 F 1/60, 1988 (54) ЭЛККТРОИАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР (57) Изобретение относится к технике измерения расхода жидкостей электромагнитным методом. Цель изобретения—

Изобретение относится к измерению расхода жидкостей электромагнитным методом.

Цель изобретения — увеличение точности измерения и быстродействия за счет уменьшения длительности вспомогательного цикла измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема электромагнитного расходомера; на фиг.2 — структурная схема устройства управления; на фиг.3 — временные диаграммы процесса интегрирования вспомогательного цикла; на фиг.4— структурная схема ведущей программы; на фиг.5 — структурная схема прерывающей программы.

Расходомер содержит источник 1 питания, преобразователь 2 расхода, пер" первый усилитель 3 основного сигнала, второй усилитель 4 опорного сигнала, цифроаналоговый преобразователь 5 мантиссы, фазовращатель 6, интегра2 повышение точности и быстродействия.)

В блок управления электромагнитного расходомера введены генератор тактовых импульсов, счетчик и регистры, С помощью введенных элементов вместо измерения всего периода опорного сигнала измеряется одна четверть этого периода, что повышает быстродействие.

Процесс измерения состоит иэ двух циклов — основного и вспомогательно.го. К концу основного цикла накаплнвае-.„я грубая оценка измеряемой величины. Эта оценка уточняегся на протяжении вспомогательного цикла, что повышает точность измерения. 1 табл., 5 ил. тор 7 опорного сигнала, цифроаналоговый преобразователь 8 порядка, третий ключ 9 измерения нуля, второй суммирующий усилитель 10 отклонения, четвертый ключ 11 режима, цифроаналоговый преобразователь 12 допустимого отклонения, инвертор 13, второй ключ 14 основного сигнала, первый ключ 15 опорного сигнала, первый суммирующий усилитель 16, синхронный детектор 17, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). 18 веса, интегратор 19, компаратор 20, формирователь 21 тактовых импульсов, устройство 22 управления, регистр 23 ввода, устройство 24 обмена, вычислительное устройство 25.

Устройство управления содержит регистр 26 режима, схему 27 сравнения, счетчик 28 вспомогательного цикла, триггер 29 четности, триггер 30 запуска, D-триггер 31, программируемую логическую матрицу (ПЛИ) 32, 1578481 регистр 33 сдвига, реверсивный счетчик 34, счетчик 35 основного цикла, первый регистр 36 вывода, генератор

37 уточняющий счетчик 38. второй ре

5 гистр 39 вывода, Источник 1 питания соединен с обмоткой возбуждения преобразователя 2 расхода, выход основного, снимаемого с электродов, сигнала которого через усилитель 3 основного сигнала и цифроаналоговый преобразователь 8 порядка соединен с неинвертирующим входом суммирующего усилителя 10 отклонения: инвертирующий вход которого соединен, с выходом ключа 9 измерения нуля, один из входов которого соединен с нулевой шиной, а другой — с выходом интегратора 7 опорного сигнала, вход которого через цифроаналоговый преоб- 20 разователь 5 мантиссы и усилитель 4 опорного сигнала соединен с выходом опорного сигнала, снимаемого с встроенного в активную зону преобразова.теля индукции магнитного поля преобразователя 2 расхода. Один из входов ключа 11 режима через фазовращатель 6 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 5 мантиссы, второй вход — с входом формирователя 21 так30 товых импульсов и с выходом интегра-: тора 7 опорного сигнала, а выход— с одним из входов ключа 15 опорного сигнала непосредственно, а с другимчерез инвертор 13. Выход суммирующего усилителя 10 отклонения через цифроаналоговый преобразователь 12 допустимого отклонения соединен с одним из входов ключа 14 основного сигнала, второи вход KQToporo соединен с нуле 40 вой шиной, а выход — с одним из вхо дов суммирующего усилителя 16, второй вход которого соединен с выходом ключа 15 опорного сигнала, а выход — через последовательно соединенные син- 45 хронный детектор 17, цифроаналоговый преобразователь 18 веса, интегратор

19 и компаратор 20 соединен с входом данных D-триггера 31 и с вторым входом программируемой логической матрицы 32, первый выход которой соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя 18 веса, второй — с управляющим входом синхронного детектора 17, третий — с тактовыми входами регистра 33 сдвига и

D-триггера 31, четвертый — с входом данных регистра 33 сдвига, пятый - c входом реверса реверсивного счетчика 34 и управляющим входом ключа 15 опорного сигнала, шестой — с входом

;запрета реверсивного счетчика 34, с инверсным входом сброса счетчика 28 вспомогательного цикла, с управляю" щим входом ключа 14 основного сигна,ла и с восьмым входом этой же матри.цы, седьмой — с входами сброса реверсивного счетчика 34 и счетчика 35 основного цикла, выход которого сое" динен с одним из входов схемы 27 сравнения и входом данных первого регистра 36 вывода, восьмой — с входом запроса прерывания устройства 24 обмена, с установочным входом регистра 26 режима, с входом запрета счетчика 28 вспомогательного цикла, с так" ,товым входом триггера 29 четности и с девятым входом этой же матрицы, девятый — с тактовым входом второго регистра 39 вывода и с одиннадцатым входом этой же матрицы, десятый — с входом сброса уточняющего счетчика

38, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 37, а выход " с входом данных второго регистра 39 вывода.

Первый вход программируемой логической матрицы соединен с выходом

D-триггера 31 ° третий — с выходом формирователя 21 тактовых импульсов и с тактовыми входами триггера 30 запуска, счетчика 28 вспомогательного цикла, реверсивного счетчика 34 и счетчика 35 основного цикла, четвертый — с выходом схемы 27 сравнения, пятый — с выходом счетчика 28 вспомогательного цикла, шестой — с выходом триггера 29 четности, седьмой — с выходом триггера 30 запуска, с инверсным входом запрета счетчика

35 основного цикла и с входом данных первого регистра 36 вывода, деся" тый — с выходом регистра 26 режима, вход данных которого через регистр

23 ввода соединен с выходом устрой! ства 24 обмена, двунаправленная шина которого соединена с вычислительным устройством 25, а вход соединен с выходами первого регистра 36 вывода и второго регистра 39 вывода. Выход регистра 26 режима соединен с управляющими входами цифроаналогового пре" образователя 5 мантиссы, цифроаналогового преобразователя 8 порядка, ключа 9 измерения нуля, ключа 11 режима, цифроаналогового преобразователя 12 допустимого отклонения, с вто157848!,рым входом схемы 27 сравнения и с установочным входом триггера 30 запуска, вход данных которого служит дополнительным входом внешнего запуска расходомера. Выходы регистра 33 сдвига, реверсивного счетчика 34 и уточняющего счетчика 38 соединены с входом данных первого регистра 36 вывода.

Формирователь 21 тактовых импульсов вырабатывает три цифровых сигнала с периодами, равными периоду, половине периода и четверти периода опорного сигнала. Коэффициенты передачи цифроаналогoBblx преобразователей 5, 8, !2 и 18 определяются соответственно выражениями:

К=а K=2 К =2 С! К =2

5 6 Ч.

d — допустимое отклонение;

k — код веса.

Расходомер работает следующим образом

Очереной цикл измерения, состоящий из основного и вспомогательного циклов, начинается с того, что данные из регистра 23 ввода, записанные туда через устройство 24 обмена вычислительным устройством 25, записываются в регистр 26 режима, с выхода которого поступают на блоки 5, 8

9, 11, 12, 27, 30, 32„ изменяя их oостояние в соответствии с выбранным режимом. Генерируемые преобразователем 2 расхода основной и опорный сигналы через блоки 3, 8 и 4, 5, 7, 9 соответственно поступают на входы суммирующего усилителя 10 отклонения, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный отклонению расхода текущего цикла измерения от оценки расхода предыдущего цикла.Зтот сигнал отклонения усиливается блоком

12, коэффициент передачи которого определяется вычислительным устройством

25 в зависимости от ожидаемого диапазона флюктуаций расхода. Блоками

13 — 20 н 22 осуществляется аналогоцифровое развертывающее преобразование отношения усиленного сигнала отклонения к выходному сигналу ключа 11 равному выходному сигналу, либо фазовращателя 6 при измерении интегрального расхода, либо интегратооа

7 при измерении среднего расхода.

В начале основного цикла, который совпадает с основным циклом прототипа, ключ 14 основного сигнала включает сигнал отклонения на один из входов суммирующего усилителя 16, на второй вход которого поступает опор10 ный сигнал, знак которого определяется состоянием ключа 15 опорного сигнала. Сумма сигнала отклонения и опорного сигнала детектируется синхронным детектором 17 и через цифро15 аналоговый преобразователь 18 веса

Э коэффициент передачи которого равен единице на протяжении всего основного цикла, поступает на вход интегратора 19, выходной сигнал которого компаратором 20 преобразуется в цифровой сигнал, поступающий на вход данных D-триггера 31, а затем на вход программируемой логической матрицы 32. На протяжении основного цикла D-триггер 31 последовательно меняет свое состояние в дискретные моменты времени, соответствующие пересечению опорным сигналом нулевого урони.... В :. же;. оменты времени сиг30 .:;о я, поступаю. M na управл:: ю;ць.й вход ключа 15 опорного сигнала. изменяется знак порного сигнала так, чтобы сигнал на выходе интегратора

19 после очередного переключения Ьтри: гера 31 стремился бь, к нулевому значению. Одновременно с этим в реверсивпый счетчик 34 тактовым сигналом последовательно записывается либо +1 (при интегрировании в соответ4р ствующий интервал времени инвертированногo инвертором 13 опорного сигнала), либо — 1 (при интегрировании неинвертированного опорного сигнала), К концу основного цикла в счетчи45 ке 34 накапливается грубая оценка отношения сигналов, которая уточняется на протяжении вспомогательного цикла.

Вспомогательный цикл начинается

5р тогда, когда код на выходе счетчика 35 основного цикла совпадает с кодом, поступающим с выхода регистра

26 режима на вход схемы 27 сравнения, .либо сигналом внешнего запуска.

55 При этом ключом !4 выключается сигнал отклонения, снимается установка нуля счетчика 28,запрещается работа реверсивного счетчика.34,запрещается изменение знака опорного сигнала ключом 5 и

1578481 разрешается изменение знака сигнала синхронным детектором 17 в зависимости,;

1 от выходного сигнала D-триггера 31.

Счетчик 28 вспомогательного цикла начинает считать такты вспомогательного цикла. Длительность вспомогательного цикла может быть равна ли" бо 1 (в случае короткого цикла), либо 3 (в случае длинного цикла) нерио- 10 дам опорного сигнала.На протяжении вспомогательного цикла при помощи цифроаналогового преобразователя 18 веса происходит последовательное уменьшение уровня опорного сигнала в соответствии с таблицей.

В таблице приведены параметры вспомогательного цикла.

В таблице обозначены: — номер такта и номер микроЭ

20 контакта вспомогательноro цикла соответственно;

;К вЂ” код веса на управляющем

Р, ",1 входе и коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя веса со-, ответственно ;

V — в ес результата соотв етс т-.

1,1. вующего микроконтакта;

L — константа.

Результат измерения всех микротактов, кроме последнего, отображае-, мый выходным сигналом 1)"триггера 31 последовательно записывается тактовым сигналом в регистр 33 сдвига, осуществляющий преобразование последова тельного кода в параллельный, На пос леднем микроконтакте снятием сигнала сброса разрешается работа уточняющего счетчика 38, сохраняется неизменным состояние D-триггера 31, а сигнал уп40 равления синхронным детектором 17 приобретает возможность меняться под действием выходного сигнала компаратора 20. Первое изменение выходного сигнапа компаратора 20, возникающее при достижении выходным сигналом интегратора 19 нулевого значения, устанавливает в единичное состояние сигнал, на выходе У8 программируемой логической матрицы 32, сохраняющийся до начала следующего цикла измерения. При этом данные с выхода счетчика 38 записываются во второй регистр 39 вывода, а на управляющем вхо" де цифроаналогового преобразователя И

18 веса устанавливается нулевой код соответствующий минимальному коэффициенту передачи этого преобразовагде D l

D3—

D4— результат измерения основного цикла (определяется данными счетчика 34); измеренное значение (О или

1) i-го мнкротакта (определяется данными регистра 33); длительность интервала времени от начала последнего микротакта до первого пересечения выходным сигналом интегратора нулевого значения (определяется данными регистра 39); длительность последнего миккротакта (определяется данными счетчика 38 в момент записи этих данных в регистр 36); теля. В конце последнего микротакта, путем коммутации знака сигнала синхронным детектором 17.выходной сигнал интегратора 19 совершает небольшие колебания около нулевого значения, обеспечивая к началу нового цикла измерения близкий к нулю остаточный за" ряд интегратора 19. По окончании последнего микротакта осуществляется запись данных регистра 33 сдвига, ре" версивного счетчика 34, уточняющего счетчика 38 счетчика 35 основного цикла и триггера 30 запуска в регистр

36 вывода, происходит разрешение записи новых данных в регистр 26 режима, включается запрет счета счетчика 28, переключается триггер 29 четности и запрашивается прерывание вычислительного устройства 25 через устройство 24 обмена. Далее при включенном внешнем запуске схема на ходится в состоянии ожидания сигнала внешнего запуска, поступающего с выхода триггера 30. С приходом этого

1сигнала или без ожидания (при вклю1 ченном внутреннем запуске), включается сигнал отклонения, устанавливая ноль счетчика 28, и разрешается работа реверсивного счетчика 34.

Вслед за этим устанавливаются в ноль счетчики 34 и 35, и начинается новый . цикл измерения. Измеренное значение отклонения расхода вычисляется вычислительным устройством 25 в соответствии с выражением

m;

D = 1 Vp,o+ (-!) Vv,, +(-i) х

i =О х V„„° sin (2п ° D3/(D4 4))у

1578481 п — номер последнего микротако=11.п1=3) °

Измеренное значение среднего расхода в соответствии с выражением

П d-dm (— — — 2 +1) ш 2 К, V„,o где N — - длительность основного цикла, выраженная в количестве периодов опорного сигнала;

К вЂ” масштабный коэффициент, определяемый калибровкой расходомера.

Для исключения аддитивной погрешности, вызванной смещением нуля элементов 17, .18 и 19, коммутируется знак сигнала отклонения и опорного сигнала относительно неизменного напряжения ошибки названных элементов путем инвертирования в соседних циклах измерения управляющего сигнала синхронного детектора 17 и суммирования измеренных значений расхода соседних циклов измерения.

При измерении нуля расходомера, малого расхода или знакопеременного расхода ключ 9 измерения нуля включает инвертирующий вход усилителя 10 на нулевую шину = вместо сигнала о"-" клонения аналогично измеряется основной сигнал, I

Расходомер позволяет гибко выби- рать длительность вспомогательного цикла в зависимости от допустимой погрешности измерения в стационарном и динамическом режимах расхода.

Формула изобретения

Электромагнитный расходомер, содержащий источник питания, преобразователь расхода, синхронный детектор первый суммирующий усилитель, первый интегратор, П-триггер, фазовращатель, второй интегратор, инвертор, регистр ввода, компаратор, включенный между первым интегратором и Р-триггером, первый и второй ключи, выходы которых соединены с входами первого суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом синхронного детектора, первый и второй усилители, входы которых соединены с выходами преJ образователя расхода, вход которого соединен с выходом источника питания, цифроаналоговый преобразователь порядка, вход которого соединен с вы5

55 ходом первого усилителя, цифроаналоговый преобразователь мантиссы, вход которого соединен с выходом второго усилителя, а выход соединен с входами второго интегратора и фазовращателя, цифроаьалоговый преобразователь отклонения, выход которого соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с нулевой шиной, третий ключ, первый вход которого соединен с выходом второго ийтегратора, а второй вход соединен с нулевой шиной, второй суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя порядка, второй вход соединен с выходом третьего ключа, а выход соединен с входом цифроаналого" вого преобразователя отклонения, четвертый ключ, первый вход которого соединен с выходом фазовращателя,второй вход соединен с выходом второго интегратора, а выход соединен с входом инвертора и с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с выходом инвертора, цифроаналоговый преобразователь веса, включенный между синхронным детектором и О<-.р.дым интегратор "., логическую матрицу, первый вход ко"орой сс единен с выходом D-т": — г;ер.. второй вход соединен с выходом к, мпарат=ра, а второй выход соединен управляющим входом синхронного детектора, формирователь тактовых импульсов, включенньш между выходом второго интегратора и третьим входом логической матрицы, счетчик вспомогательного цикла, вход сброса которого соединен с управляющим входом второго ключа, с восьмым входом и шестым выходом логиче=кой матрицы, а выход соединен с пятым входом логической матрицы, первый выход которой соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя веса, триггер четности, включенный между восьмым выходом H шестым входом логической матрицы,регистр сдвига, вход данных которого соединен с четвертым выходом логической матрицы, а тактовый вход.соединен с третьим выходом логической матрицы и тактовым входом D-триггера, реверсивный счетчик, вход реверса которого соединен с пятым выходом логической матрицы и с управляющим входом первого ключа, а вход запрета соединен с шестым выходом логической

15784 8.1 матрицы, счетчик основного цикла, вход .сброса которого соединен с входом сброса реверсивного счетчика и седьмым выходом логической матрицы, регистр режима, вход данных которого соединен с выходом регистра ввода, установочный вход соединен с входом запрета счетчика вспомогательного цикла, с восьмым выходом и девятым

z xopoM логической матрицы, а выход соединен с управляющими входами цифроаналоговых преобразователей порядка, мантиссы, отклонения и с управляющими входами третьего и четвертого ключей, схему сравнения, первый вход которой соединен с выходом регистра режима, второй вход соединен с выходом счетч ;а основного цикла, а выход подключен к четвертому входу логической матрицы, триггер запуска, установочный вхог которого соединен с выходом регистра режима, тактовый вход соединен с тактовыми входами счетчика вспомогательного цикла, реверсивного счетчика, счетчика основного цикла и с выходом формирователя тактовых импульсов, D-вход является входом внешнего запуска расходомера, а выход соединен с седьмым входом логической матрицы и с входом разрешечия счетчика основного цикла, первый регистр вывода, вход данных которого соединен с выходами регистра сдвига, реверсивного счетчика, счетчика ос5 новного цикла и триггера запуска, а тактовый вход соединен с восьмым выходом логической матрицы, устройство обмена, вход которого соединен с вьцсодом первого регистра вывода, вход запроса прерывания соединен с восьмым выходом логической матрицы, а выход соединен с входом регистра ввода, вычислительное устройство, соединенное магистралью с устройством обмена, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия за счет уменьшения длительности вспомогательного цикла, он снабжен генератором, вторым регистром вывода, уточняющим счетчиком, тактовый вход которого соединен с выходом генератора, выход соединен с входами данных первого и второго регистров вывода, а вход сброса соеди25 нен с десятым выходом логической матрицы, десятый вхрд которой соединен с выходом регистра режима, а девятый выход соединен с одиннадцатым входом логической матрицы и с тактовым вхощ дом второго регистра вывода, выход которого соединен с входом устройства обмена.

1578481

1578481

1578481! ! иыа

i иа Фы. а еда ОЛП1В

Сиамсв

Но 6 эоРе.

Сiмтв а раеер

f9 а

;а

Филмз

Составитель В. Герасимчук

Техред M.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор М.Петрова

Заказ 4370 Тираж 547 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101