Устройство для бесконтактного измерения скорости перемещения пленки в пузырьковом расходомере

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК сЮ4 G 01 F 1/00 (61) 1096588 (21) 3765192/24-10 (22) 17.07.84 (46) 15.02.86. Бюл, № 6 (71) Московский институт электронной техники (72) Н.Д. Дубовой, В.Ф, Илясов, А.Ю. Лукичев, А.А. Сазонов и Ю.Д. Штарев (53) 621.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1096588, кл. G Ol F 1/00, 1983. (54)(57)УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

ПЛЕНКИ В ПУЭЫРЬКОВОИ РАСХОДОМЕРЕ по авт.св. № 1096588, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности измерения расхода, в. SU„„ f211609 него введены датчик плотности газа, подключенный к мерной трубке со стороны впуска газа, первый и второй умножители, фиксатор, сумматор, делитель и блок индикации, связанный с выходом делителя, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход — к выходу измерителя временного интервала, а третий вход — к выходу сумматора, первый вход сумматора через первый умножитель подключен к выходу датчика плотности газа и к входу второго умножителя, выход которого подключен к первому входу фиксатора, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, а выход— к второму входу сумматора.

1 1211

Изобретение предназначена для измерения скорости перемещения пленки в пузырьковых расходомерах с целью определения расхода.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для бескантактного измерения скорости перемещения пленки в пузырьковом расходамере; 10 на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 — структурная схема датчика плотности газа.

В:устройстве для бесконтактнога измерения скорости перемещения плен- 15 ки (фиг. 1) выходы первого, второго и третьего датчиков 1, 2 и 3 подключены соответственно к входам первого, второго и третьего детекторов .

4, 5 и б, Первый нхад триггера 7 20 объединен с первым входом счетчика

8 и подключен к ныходу первого детектора 4. Выход триггера 7 подключен к первым входам первого элемента И 9 и первого и второго формирователей 25

10 и 11 временных интервалов, Второй вход первого элемента И 9 объединен с вторым входом счетчика 8 и подключен к выходу второго детектора

5. Выход первого элемента И 9 под- 30 ключен к первому входу измерителя

12 временного интервала и к второму входу перваго формирователя 10 временного интервала, первый выход которого подключен к второму входу вто-З5 рого формиронателя 11 временного интервала. Второй выход первого формирователя 10 временного интервала подключен к первому входу элемента ИЛИ

13, группа вторых входов которого 40 подключена к группе выходов счетчика 8, а третий нход — к выходу второго формирователя 11 временного интервала. Выход элемента ИЛИ 13 подключен к второму входу триггера 45

7. Выход второго формирователя 11 временного интервала подключен так-. же к первому входу второго элемента

И 14, второй вход которого подключен к выходу третьего детектора 6, 50 а выход — к второму входу измерителя 12 нременнога интервала и первому входу делителя 15, второй вход которого подключен к выходу измерителя 12 временного интервала, а выход " к нхоцу блока 16 индикации.

Третий вход делителя 15 подключен к выходу сумматора 17, первый вход

609 которого подключен к выходу первого умнажителя 18, второй вход — к выходу второго умнажителя 19 через фиксатор 20. Первый вход фиксатора

20 подключен к выходу второго умножителя 19, а второй вход — к выходу первого элемента И 9. Входы умножи" телей 18 и 19 подключены к выходу датчика 21 плотности газа. Входы первого, второго и третьего датчиков 1, 2 и 3 подключены. к выходу генератора 22, который подключен также к управляющим входам первого, второго и третьего детекторов 4, 5 и 6. Вход датчика 21 плотности газа подсоединен к мерной трубке 23 со стороны впуска газа, Датчик 21 плотности газа может быть реализован с использованием датчика 24 давления н датчика 25 температуры (фиг, 3), выходы которых подключены соответственно к первому и второму нходам делителя 26. Выход делителя

26 является выходом датчика 21 плотности. Датчик 25 температуры расположен в камере 27 датчика плотности, подключенной к мерной трубке 23.

Датчик 24 давления сообщается с камерой 27 таким образом, чта воспринимаемое им давление является давлением газа внутри камеры 27.

Устройство для бесконтактного измерения скорости перемещения пленки в пузырьковом расходомере (фиг. 1) работает следующим образом.

Пленка, движущаяся под действием потока газа по трубке, поочередно проходит через датчики 1, 2 и 3, расположенные н точках с координатами

Х1, Х, Х3 (фиг. 2а). При этом на выходах детекторов 4, 5 н 6 появляются импульсы (фиг. 2 b,Ü,< ), Каждый выходной импульс детектора 4, поступая на первый вход счетчика 8, увеличивает содержащееся н нем число на 1. Данное число уменьшается на,1 при поступлении импульса на второй вход счетчика 8 с выхода второго детектора 5, Таким образом, в счетчике 8 содержится число

Nñ = N1-Nõ где N, и N — число импульсов, поступившие на первый и второй вход, соответственно.

На выходах счетчика 8 появляется информация а его состоянии, представ1211609 где Ч (2) Кс> 1!

О

25

30 (4) ленная двоичным кодом. Информация о младшем разряде этого кода на выход счетчика 8 не поступает. Поэтому импульсы на выходах счетчиках появляются только в случае

Пройдя через элемент ИЛИ 13, эти импульсы поступают на второй вход триггера 7 и устанавливают его в нулевое состояние. Поступая на первый вход триггера 7, выходные импульсы детектора 4 переводят его в единичное состояние (фиг. 2д) при условии отсутствия на его втором входе импульсов элемента ИЛИ 13, т,е. если 1Чс < 1.

При этом импульс с выхода триггера 7 поступает на первые входы первого и второго формирователей 10 и 11 временных интервалов. В момент, когда пленка проходит точку второго датчика 2 с координатой Х, импульс с выхода второго датчика 2, пройдя через первый элемент И 9, поступает на второй вход первого формирователя 10 временного интервала, При этом на его первом выходе выделяется импульс (фиг. 2e), поступающий через элемент

ИЛИ 13 на второй вход триггера 9, устанавливающий триггер 9 в нулевое положение (фиг. 2д). В этот момент в первом и втором формирователях 10 и 11 фиксируется нулевой временной интервал То, равный времени прохождения пленкой расстояния от точки Х до точки Х (фиг. 2а), Начиная с данного момента, в первом формирователе 10 производится формирование первого временного интервала (фиг. 2а). Первый временной интервал Т4 формируется таким образом, что при любой величине нулевого временного интервала выполняется равенство = Го X — x Z (3) В этот же момент импульс с выхода первого элемента И 9 поступает на второй (управляющий) вход фиксатора

20. На первый вход фиксатора поступает выходной сигнал (фиг. 2х) дат-. чика 21 плотности, умноженный во втором умножителе 19 на коэффициент передачи

55 — суммарный объем части мерной трубки от ее начала до точки установки второго датчика и элементов газовой системы, подключенных к входу пузырькового расходомера;

8,318 П м универсальная газовая моль К постоянная °

Выходной сигнал датчика 21 плотности rasa пропорционален плотности газа на входе мерной трубки 23.

Это достигается в процессе работы датчика 21 плотности газа за счет того, что газ, поступающий в камеру 27 (фиг, 3), имеет такие же температуру и давление, как и газ в мерной трубке 23. Сигнал датчика 24 давления, поступающий на первый вход делителя 26, делится в нем на сигнал датчика 25 температуры, поступающий на второй вход делителя 26, Результат деления давления газа на

его температуру равен плотности газа.

Выходной сигнал датчика 21 плотности (фиг. 1), умноженный на коэффициент передачи К, фиксируется в фиксаторе 20 в момент поступления импульса на его второй вход и удерживается на выходе фиксатора 20 (фиг. 2мс) до окончания рабочего цикла устройства для бесконтактного измерения скорости перемещения пленки в пузырьковом расходомере.

По окончании первого временного интервала на втором выходе первого формирователя 10 выделяется импульс (фиг. 2a), поступающий на второй вход второго формирователя 11. Начиная с этого момента, во втором формирователе ll формируется второй временной интервал Т (фиг; 2д). Длительности второго временного интервала Т и нулевого временного интервала Т равны. Сигнал с выхода второго формирователя 11 (фиг. 2 л) поступает на третий вход элемента

ИЛИ 13 и первый вход второго элемента И 14. На второй вход второго элемента И 14 поступает сигнал с выхода третьего детектора 6 (фиг. 2Г)..

В случае если момент появления импульса на выходе третьего детектора

6 совпадает с вторым временным интервалом Т, на выходе второго элемента И 14 появляется импульс (фиг. 2М), который, поступая на второй вход измерителя 12 временного

1211609 интервала, вызывает его останов. Запуск измерителя 12 временного интервала производится в момент.появления импульса на выходе второго детек- 5 тора 5 (фиг. 2 8) при условии единичного состояния триггера 7 (фиг. 2A) °

При этом в измерителе 12 временного интервала фиксируется временной интервал Ти, соответствующий времени прохождения пленкой отрезкаХ-Х, т.е. расстояния между вторым и третьим датчиками 2 и 3. Сигнал, пропорциональный результату измерения временного интервала Тц, поступает на второй вход делителя 12,.на третий вход которого поступает выходной сигнал (фиг. 2и) сумматора 17. На первый вход сумматора 17 поступает сигнал датчика плотности, умноженный в первом умножителе 18 на коэффициент передачи

0+s (х - x„)

25 где S — площадь внутреннего поперечного сечения мерной трубки;

Хз- " — длина отрезка между точками установки второго» и третьего датчиков..

На второй (инвертирующий) вход сумматора подается сигнал (фиг. 2 3 ) . с выхода фиксатора 20. Таким образом, сигнал (фиг. 2 1), подаваемый с выхода сумматора 17 на третий вход делителя 15, равен:

35

С +5(Х -М)Р Vy(X2) (6) . U«=K„p-к,р(х,)= и где P — текущее значение плотности 40 газа, измеренное датчиком 21 плотности rasa; ("а)- сигнал, зафиксированный в фиксаторе в момент прохождения пленкой точки Х . 45

В делителе 15 сигнал, поступающий на третий вход, делится на сигнал, поступающий на второй вход в момент подачи управляющего сигнала на первый вход делителя 15, т ° е. в момент прохождения пленкой точки

Хз установки третьего датчика 3.

Следовательно, результат деления представим формулой

Су+5 (х — )(y) j g (xp)-vp(x@} т. (7 )

P (хз) — P (Х„ 7

>и где р (Хз) — значение плотности газа . в момент прохождения пленкой точки Х, P(X,) — количество грамм-молекул rasa в объеме, образованном мерной трубкой от ее начала до точки Х ъ и элементами газовой системы, подключенными к входу пузырькового расходомера, в момент прохождения пленкой точки

Х31

p { Х « } — количество грамм-молекул газа в объеме, образованном частью мерной трубки от ее начала до точки Х и элементами газовой системы, подключенными к входу пузырькового расходомера, в момент прохождения пленкой точки Х .

Так как количества грамм-молекул

j4,Х ) и Р (Х ) определены в моменты начала и окончания временного интервала Tg результат деления по формуле (7) равен количеству грамммолекул газа, прошедших через расходомер в единицу времени, т.е. расходу rasa, выраженному в грамммолекулах. Из этого, в свою очередь, следует, что результат измерения расхода rasa не зависит от его плотности. Поэтому при работе предлагаемо""о устройства колебания температуры и давления газа не влияют на результат измерения расхода, выраженного в грамм-молекулах газа, прохо.дящих через поперечное сечение мерной трубки в единицу времени. Отсутствие влияния давления и температуры газа на результат измерения расхода обуславливает повышение точности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

При работе устройства для бесконтактного измерения скорости перемещения пленок в пузырьковом расходомере могут возникать две основные ситуации, связанные с одновременным появлением нескольких пленок между двумя датчиками.

1. Несколько пленок находятся в пределах отрезка Х -Х1. В этом случае число 11, содержащееся в счетчике 8, равно числу пленок между

1211609 (s) Т

Т„, + > 7)-Т, t.

Счет. T

8Р ичче

t и

Фиг. 2 первым и вторым датчиками 1 и 2. Если N< b l сигнал с одного из выходов счетчика 8 проходит через элемент ИЛИ 13 на второй вход триггера

7 и устанавливает его в нулевое положение. При этом через первый элемент И 9 на первый вход измерителя

12 временного интервала запускающий импульс не проходит, Следовательно, !О измерение временного интервала при ложном срабатывании датчиков 2 и 3 по разным пленкам не производится и исключается связанная с ним погрешность измерения расхода. 15

2. Несколько пленок находится в пределах отрезка Х -Х . В этом случае останов измерителя 12 временного интервала возможен только в течение временного интервала Т (фиг. 2,3, 20

При неизменном расходе И щ газа, подаваемого в пузырьковый расходомер, к окончанию временного интервала Т +

Т /2 в точке Х оказывается пленка, по которой производилось измерение интервала и производился запуск измерителя 12. Так как фиксирование интервала То производилось при невыполнении условия (2), время прохождения точки Х пленкой, ближайшей к ЗО измеряемой, равно Т, -T> . Тогда для данной пленки выполняется неравенство

Следовательно, момент прохождения данной пленкой не попадает во временной интервал Т и пленка, идущая перед измеряемой, не вызывает останов измерителя 12 временного интервала. Пленки, идущие за измеряемой пленкой, также не вызывают погрешности измерения расхода, так как к моменту прохождения ими точки Х измерение временного интервала заканчивается.

Иэ анализа двух рассмотренных ситуаций следует, что наличие нескольких пленок на отрезках Õ -Х и Х -Х1 не вызывает погрешности измерения скорости перемещения. Это позволяет использовать предлагаемый пузырьковый расходомер при наличии нескольких пленок в мерной трубке. Перепад давлений, создаваемый пленками, воспринимается датчиком 21 как изменение плотности газа..Поэтому при определении расхода в соответствии с формулой (7) данный перепад давле-. ния не вызывает погрешностей измерения расхода. Следовательно, поставленная в формуле изобретения цель достигнута.

1211609

23

ФигЗ

Составитель В.Шалагйн

Редактор М. Циткина Темред, С.Мигунова Корректор Т,Колб

Заказ 634/47 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4