Устройство для измерения расхода жидкости или газа

 

Изобретение относится к расходометрии и позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость расходомеров жидкости или газа. Жидкость или газ подводятся к датчику расхода. Выходной сигнал датчика является функцией перепада давления возникэющего в датчике. Полученный частотный сигнал преобразуется в цифровой код, который затем корректируется с учетом возможных погрешностей преобразования Результат измерения высвечивается на индикаторе. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 F 1/36 (j 92

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4796180/10 (22) 27.02.90 (46) 07.06.92, Бюл, М 21 (71) Пензенский политехнический институт (72) П.Т.Харитонов и С.В.Митрохин (53) 681.121(088.8) (56) Заявка Великобритании В 2161947, кл. G 01 F 1/36, 1988.

Автоматические приборы и регуляторы./Под ред, Б.Д. Комарского, М„Машиностроение, 1964, с,52. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА

Изобретение относится к контрольноизмерительной .гехнике и может быть использовано для измерения расхода жидкости или газа.

Известен расходомер, содержащий датчики давления, подключенные к системе обработки сигналов датчиков, Недостатком известного устройства является его конструктивная сложность.

Наиболее близким по технической сущностй и достигаемому результату к заявленному является расходомер, содержащий сужающее устройство, сильфонный дифманометр с индуктивным датчиком и аналоговый вторичный преобразователь.

Недостатками известного устройства являются низкие чувствительность и помехоустойчивость. обусловленные протяженностью соединительного тракта и одноканальной схемой преобразования;

Цель изобретения — повышение чувствительности и помехоустойчивости.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения расхода жидкости или газа.

Я2 1739202 А1 (57) Изобретение относится к расходометрии и позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость расходомеров жидкости или газа, Жидкость или газ подводятся кдатчику расхода. Выходной сигнал датчика является функцией перепада давления,возникающего в датчике; Полученный частотный сигнал преобразуется в цифровой код, который затем корректируется с учетом возможных погрешностей преобразования. Результат измерения высвечивается на индикаторе. 1 ил.

Устройство содержит индуктивный датчик 1 расхода в сбора, отверстия 2 и 3, обра-. зующие сужающее устройство, штуцеры 4 и

5, корпус 6, дренажные отверстия 7, 8, 39, 40, сильфонные упругие элементы 9 и 10, высокопроводящие немагнитные экраны 11 и 12, индуктивные чувствительные элементы 13 и 14 (резонаторы С типа), диэлектрическую плату 15, автогенераторы 16 и 17, - перемычки 18, крышку 19 корпуса датчика, G перегородки 20 и 21.. ЬЗ

Элементы 22 — 38 совместно с автогене- С) раторами 16 и 17 образуют электросхему : устройства, в которую входят суммирующие

Счетчики 22. 23, 25, генератор:: 24 импульсов; элемент ИЛИ 17, вычитающий счетчик

28; задатчик кода 29; одновибраторы 30. 31, 33; регистр 32; постоянное запоминающее устройство 34 (ПЗУ); выходные информационные шины 35; дешифратор 36; индикатор

37; элемент 38 задержки.

Контролируемый поток жидкости или газа, проходя отверстия 2 и 3 создает перепадыдавленияЛP>=P> Рои ЬР2=Рг-Рр, действующие на стенки элементов 9 и 10

1739202 соответственно (здесь Ро — опорное или атмосферное давление), Выходные частоты f< и fz являются функциями величин h,.Р1и Л

Р2 соответственно.

Разность перепадов Л P - Л Р1-Л Р2

- P> - Pz однозначно зависит от массового расхода жидкости. Для несжимаемой жидкости имеет место следующая формула;

G =G l $3" (1) где $э — площадь отверстия 3; р плОтность жидкости. (2) а=т

1.—,и где,и = — — коэффициент сужения потока;

$2 °

Sz — площадь отверстия 2; ф- коэффициент, учитывающий потери на трение.

Соответствующим выбором $2 и $з можно обеспечить измерение как достаточно малых расходов (от 0,1 г/с и выше), так и достаточно больших (до 1 кг/с).

Например, при чувствительности датчика к перепаду давления от 1 Па и выше при

$2 = 1,2 см, $з = 0,2 м возможно измерение расхода жидкости от 0,95 r/с и выше. Высокая чувствительность датчика к перепаду давлений обеспечивается за счет сильного воздействия высокопроводящих немагнитных экранов 11 и 12 на эквивалентные индуктивности плоских спиралей 13 и 14 и за счет малой жесткости сильфонов 9 и 10.

Идентичная конструкция первого и второго каналов датчика 1 является условием эффективной компенсации влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения при совместной обработке частотных сигналов f1 и fz датчика.

Преобразование частот f> и fz в прямой. цифровой код расхода жидкости или газа осуществляется с помощью элементов 2237 устройства (см. фиг.1). Временная диаграмма работы устройства приведена на фиг.2. Частотные сигналы f> и fz датчика 1 преобразуются в коды М1 ИМ2 соответственно с помощью счетчиков 22 и 23, осуществляющие преобразование расхода жидкости или газа в частотные:сигналы f1 и fz, завися щие от перепадов давлений в проточном канале переменного сечения, образованном отверстиями 2 и 3. Жидкость или газ подводятся и отводятся к датчику 1 с помощью штуцеров 4 и 5, выполненных на корпусе 6 датчика. Давление Р1 через отверстие 8 воздействует на сильфон 10. Внутренняя полость датчика 1 сообщается с атмосферой через отверстия 39 и 40. Заглашки 11 и 12 воздействуют на эквивалентную индуктивность плоскоспиральных индуктивных элементов 13 и 14 соответственно. Элементы 13 и 14 размеще5 ны на диэлектрической пластине 15 и соединены перемычками 18 с автогенераторами

16 и 17, расположенными на противоположной стороне пластины 15. Пластина 15 защемлена между корпусом 6 и крышкой 19

10 датчика, причем элементы 13, 16 и 14, 17 разделены попарно экранирующими перегородками 20 и 21. Выходные частоты f> и fz являются функциями перепадов давления, действующих на стенки сильфонов 3 и 4

8-— к где Сн1, Cqz — начальные значения емкостей

25 8Ч-резонаторов образованных элементами 13 и 14 соответственно;

$1, Sz — площади проводников, образу..Ощих элементы 13 и 14;

Lc>, Ln — собственные индуктивности

30 элементов 13 и 14;

К вЂ” коэффициент влияния экранов 11 и

12 на элементы 13 и 14, соответственно;.

K> = 6-8 — коэффициент показателя степени;

35 Во. аи — начальные значения зазоров между элементами 1 t и 13, t2 и 14;

К® — коэффициент жесткости сильфонов

9 и 10..

N> — — гп 2

f1 К . и

40 fpn (5)

fpp — частота следования импульсое на выходе генератора 24;

45 К- коэффициент усреднения импульсов

fpn в счетчике 25 интервала счета 01;

m — число переполнений счетчиков 22 и

23 за интервал счета 1:

n — число двоичных разрядов счетчиков

22 и 23.

Коды N> и Nz подаются на входы цифрового компаратора 26, а результат сравнения этих кодов выдается на его выходах в виде сигнала 02 (код Np равен коду Nz} или сигна55 ла 0з(код N> больше кода Щ Выбор значений частот fy u fz в датчике 1 и частоты fpn обеспечено выполнение условия f»fz при любых значениях расхода и одинаковое число переполнений счетчиков 22 и 23 за время

1739202,5

30

45 счета. Поэтому в конце интервала U> всегда формируется сигнал 0з - 1 и с момента 2 (см. фиг,2) сигналом 04 с выхода элемента

27 разрешается досчет числа периодов частоты f2 в счетчике 28, который установлен в состояние No по сигналу U8. Код No задается с помощью задатчика 29. Сигнал 0з формируется одновибратором 30 по заднему фронту интервала 01, а по переднему фронту 07, формируемому одновибратором 31, обеспечивается очистка счетчиков 22 и 23 перед началом счета.

Досчет частоты f2 в счетчиках 23 и 28 осуществляется до достижения равенства кодов N1 ий2. При равенстве кодов на вхо, дах компаратора 26 формируется сигнал Uz

- 1 (с момента ta на диаграмме фиг.2). а код

ЙА, сформированный на выходах вычитающего счетчика 28 заносится в регистр 32 по переднему фронту 0з сигнала Uz, формируемому одновибратором 33. С выходов регистра 32 код NA подается на адресные входы

ПЗУ 34 и сопровождается сигналом Ug, разрешающим выборку информации из ячейки.

ПЗУ 34 с адресом МА. В ПЗУ 34 хранятся двоично-десятичные коды Np расхода жидкости, соответствующие данному соотношению частот f1 и f2 датчика. Коды Np c выходов ПЗУ 34 выдаются по шинам 35 на выход устройства и на входы дешифратора

36. Дешифратор 36 преобразует двоичнодесятичные коды Мр в коды индикатора 37, в котором высвечивается результат измерения. Через элемент 38 задержки по факту равенства кодов в счетчиках 22 и 23 осуществляется перезапуск устройства (сигналом

Us). Значение кода предустановки счетчика

28 выбирают по условию йв>Й1макс И2мин, где И1макс - И2мин предельное значение разности кодов N> и Nz. формируемых на выходах счетчиков 22 и 23.

Число значений Ик кода йр, индицируемых в индикаторе 37, определяется емкостью ПЗУ 34 и коэффициентом Кн нелинейности характеристики ВЧ датчика 1 я

Ng = —, Кн где N — число ячеек ПЗУ 34;

Ки — — коэффициент нелинейности

Ямакс

Эмин характеристики датчика;

8макс, Змии — максимальный и минимальный коэффициенты преобразования перепада давления в изменение разности частот

f< и fz.

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода жидкости или газа, содержащее сужающее устройство с подключенным к нему сильфонным дифманометром с индуктивным датчиком давления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, в него введены первый и второй автогенераторы, подключенные к индуктивному датчику давления, первый, второй и третий суммирующие счетчики, цифровой компаратор, первый, второй и третий одновибраторы, генератор импульсов, задатчик кода, элемент ИЛИ, элемент задержки, последовательно соединенные вычитающий счетчик, .регистр, постоянное запоминающее устройство, дешифратор и индикатор, при этом выход первого автогенератора соединен со счетным входом первого суммирующего . счетчика, подключенного выходами к первой группе входов цифрового компаратора, выход второго автогекератора соединен со счетными входами вычитающего счетчика и второго суммирующего счетчика, подключенного выходами к второй группе входов цифрового компаратора, подключенного первым выходом к первому входу элемента ИЛИ и к входу разрешения вычитающего счетчика, а вторым выходом через элемент задержки,— к входу обнуления третьего суммирующе, о счетчика и через первый одновибратор — к входу записи регистра, выход старшего разряда которого соединен с входом разрешения выборки постоянного запоминающего устройства, выход генератора импульсов подключен к счетному входу третьего суммирующего счетчика, соединенного выходом с входами разрешения первого суммирующего счетчика и цифрового компаратора, с вторым входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу разрешения второго суммирующего счетчика, а также через второй одновибратор с входами обнуления первого и второго суммирующих счетчиков, через третий одновибратор - с входом управления предварительной установкой вычитающего счетчика, и со своим входом разрешения, выходы задатчика кода подключены к входам предваритепьнрй установки вычитающего счетчика

1739202

Составитель П.Харитонов

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Заказ 1995. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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