Устройство для регулирования расхода газа

 

Изобретение репшет задачу повышения точности регулирования расхода. Устройство содержит расходомер и ислолнительный элемент, установленные на трубопроводе, задатчик расхода , интегратор. В устройство введены первый, второй .делители, первый и второй датчики давления, дифференцирующий элемент, умножитель, причем выход задатчика расхода подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу расходомера и к первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора , первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков давления, третий вход первого сумматора связан с первым входом второго делителя и подключен через дифференцирующий элемент к выходу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого датчика давления, а второй вход к выходу второго делителя; второй вход которого подключен к выходу первого делителя, связанному также с первым входом умножителя, второй вход которого подключен к выходу первого сумматора, связанному также с первым входом четвертого сумматора , второй вход которого через интегратор подключен к выходу умножителя , а выход - к выходу исполнительного элемента, вход первого датчика давления подключен к трубопроводу перед расходомером со стороны выпуска газа, вход второго датчика давления подключен к трубопроводу на участке между расходомером и исполнительным элементом. 2 ил. с (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1251037

1511 4 G 05 D 11/13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3831526/24-24 (22) 26. 12. 84 (46) 15,08. 86. Бюл, 11 - 30 (72) И, А, Гуреев, Н. Д, Дубовой, А.Ю. Лукичев А,В.Мурылев и Ю.Д.Штарев (53) 62-50 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 951246, кл. G 05 D 7/00, 1980, Авторское свидетельство СССР

Ф 481028, кл. G 05 D 11/13, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

РАСХОДА ГАЗА (57) Изобретение решает задачу ловыщения точности регулирования расхода.

Устройство содержит расходомер и исполнительный элемент, установленные на трубопроводе, задатчик расхода, интегратор. В устройство введены первый, второй делители, первый и второй датчики давления, дифференцирующий элемент, умножитель, причем выход задатчика расхода подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу расходомера и к первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков давления, третий вход первого сумматора связан с первым входом второго делителя и подключен через дифференцирующий элемент к выходу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого датчика давления, а второй вход — к выходу второго делителя; второй вход которого подключен к выходу первого делителя, связанному также с первым входом умножителя, второй вход которого подключен к выходу первого сумматора, связанному также с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого через интегратор подключен к выходу умножителя, а выход — к выходу исполнительного элемента, вход первого датчика давления подключен к трубопроводу перед расходомером со стороны выпуска газа, вход второго датчика давления подключен к трубопроводу на участке между расходомером и испол-. нительным элементом. 2 ил.

1251037

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования расхода ra3a и может использоваться в электронной промьппленности для ре-гулирования расходов технологических газов при формировании газообразных обрабатывающих сред в технологическом оборудовании.

Цель изобретения — повьппение точности устройства", На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для регулирования расхода газа, на фиг. 2 — структурная схема примера аппаратурной реализации задатчика расхода.

Устройство для регулирования расхода газа (фиг. 1) содержит расходомер 1 и исполнительный элемент 2, установленные на трубопроводе 3.

Регулируемый поток газа движется rro трубопроводу 3 в направлении от расходомера 1 к исполнительному элементу

2, датчик 4 давления, установленный на трубопроводе 3 перед расходомером

1 со стороны впуска газа, датчик 5 давления, установленный на трубопроводе 3 на участке между расходомером .1 и исполнительным элементом 2, задатчик 6 расхода, сумматор 7, делитель 8, дифференцирующий элемент 9, делитель 10, сумматоры 11 и 12, ум— ножитель 13, сумматор 14, интегратор 15.

Задатчик расхода (фиг, 2) может быть реализован с использованием генератора 16, счетчика 17, блока 18 памяти и цифроаналогового преобразователя 19, Выход генератора 16 подключен к счетному входу счетчика 17.

Разрядные выходы счетчика 17 подключены к соответствующим адресным входам блока памяти, Информационные выходы блока 18 памяти подключены к соответствующим разрядным входам цифроаналогового преобразователя 19.

Устройство для регулирования расхода работает следующим образом,„

Регулируемый поток газа поступает в трубопровод 3 (фиг. 1), проходя через расходомер 1, а затем через исполнительный элемент 2, Величина расхода газа на выходе исполнительного элемента 2 является результатом регулирования и должна соответствовать заданному расходу газа, устанавливаемому выходным сигналом задатчика 6 расхода, В последнем вырабатывается сигнал Н, (р), величина которого пропорциональна заданному в данный момент значению расхода газа.

В случае аппаратурной реализации (фиг, 21 зацатчик 6 расхода работает

5 следующим образом, Генератор 16 вырабатывает импульсы с постоянным периодом повторения, Эти импульсы считаются счетчиком 17, вызывая изменения сигналов на его разрядных выходах,, B 18 памяти хранится программа требуемого измене ния расхода газа. Разрядные сигналы счетчика 17 вызывают поочередный опрос ячеек блока памяти и выдачу на

15 его информационные выходы сигналов параллельных двоичных кодов, .соответствующих заданному значению расходв текущий момент времени. Данные сигналы преобразуются в напряжение

20 V6(p) с помощью цифроаналогового преобразователя 19, выход которого является выходом задатчика 6 расхода (фиг, 1), С выхода последнего сигнал V (р) поступает на первый

6 вход сумматора 7, на второй вход которого поступает выходной сигнал расходомера 1. Величина. расхода

Я,,(р) газа в точке трубопровода 3, где установлен расходомер 1., опреде30 ляется уравнением

Q„, (p)=К (Н (р)-H (p)1 (1) где К вЂ” коэффициен-,. определяющий

/ зависимость расхода газа, 35 про-.екающего через расходомер 1, от перепада давлений газа в трубопроводе 3 цо и после расходомера 1;

Н, (p) — давление газа в трубопроводе 3 на участк — перец расходомером l со стороны впуска газа;

Н (р) — давление газа в трубопроводе 3 на участке между рас45 ходомером 1 и исполнительным элементом 2; р — оператор Лапласа.

Давление газа Н (,р) связано с разностью расходов потока газа, поступающего в участок трубопровода "между расходомером и исполнительным элементом 2„ и потока газа, вытекающего через исполнительный элемент 2, т,е.

51

Г

„ g (p)-n,(р) (2)

1т где Р (р) — расход газа, протекаю 1 щего через расходомер 1;

1251037 з (р) — расход газа, протекающего через исполнительный элемент 2;

V — объем части трубопровода

3, заключенной между расходомером 1 и исполни, тельным элементом 2; р — оператор Лапласа.

Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить зависи- 10 мость расхода газа Q, (р), измеряемого расходомером 1, от давления Н (р) .газа, поступающего в устройство для автоматического регулирования расхода, и от расхода газа Q,(р), протека- 15 ющего через исполнительный элемент 2, (5) V где T=-К р — оператор

Лапласа, Из анализа уравнения (3) следует, что при постоянном расходе Q,(р) на результат измерения Q1(р) влияют ко25 лебания давления Н,(р). Кроме того, проявляется инерционная зависимость расхода Qg(p) от расхода Q (p) опи сываемая передаточной функцией апериодического звена с постоянной вре- З0 мени T. Данные факторы обуславливают снижение точности регулирования расхода при использовании устройства для автоматического регулирования расхода по прототипу, в котором рас- 35 ходомер 1, дающий результат измерения расхода Q,(р), используется как единственный источник сигнала обратной связи. В то же время результатом действия устройства для автомати- 40 ческого регулирования расхода явля- ется управление расходом газа Я (р), на выходе исполнительного элемента

2, величина которого существенно отличается от измеряемого значения расхода Qg(р) при быстром изменении заданного значения расхода и колебания давления Н, (р).

Для получения информации о действительном значении расхода газа

Q(p) в предлагаемом устройстве для регулирования расхода используются сигналы первого 4 и второго 5 датчиков давления, поступающие на первый и. второй входы второго сумматора 11.

На его выходе выделяется сигнал где U< (p) — выходной сигнал третье45 го сумматора 12; (р) — выходной сигнал второго делителя 10:

К вЂ” коэффициент передачи

9 дифференцирующего эле50 мента 9.

С выхода дифференцирующего элемента 9 сигнал Б4(р) поступает на третий вход первого сумматора 7, вызывая изменение его выходного сиг55 нала в моменты изменения давления

Н,,(р) поступающего газа. Из уравненйя 6 следует, что при постоянном давлении H,(р) выходной сигнал диф(4) (р)= - — — + - -- —, (3)

Н (р}Ч О,() ! т +1 т +1

u„,(р) =к„(н (р)-н,(p)l, где ʄ— коэффициент преобразования первого 4 и второго 5 датчиков давления.

Этот сигнал поступает на второй вход первого делителя 8, на первый вход которого поступает выходной сигнал расходомера 1. В первом делителе 8 сигнал расходомера 1 делится на сигнал второго сумматора 1l Выходной сигнал первого делителя 8 равен

Н () ьа

К 0 )

fH (р)-H (р)) где К, — коэффициент преобразования расходомера 1.

Из сопоставления уравнений (1) и (5) следует, что выходной сигнал первого делителя 8 пропорционален коэффициенту К> и, следовательно, несет информацию о величине этого коэффициента. Выходной сигнал первого датчика 4 давления поступает также на первый вход третьего сумматора 12, проходя через него на вход дифферейцирующего элемента 9. Выходной сигнал дифференцирующего элемента 9 в качестве делимого поступает на первый вход второго делителя 10,где делится на величину выходного сигнала первого делителя 8. С выхода второго делителя 10 сигнал поступает на второй вход третьего сумматора 12. В результате действия второго делителя 10, третьего сумматора

12 и дифференцирующего элемента 9 на выходе дифференцирующего элемента 9 выделяется сигнал

14 (Р) =Р1 <2 (Р) =Р 1Ка Н 1(Р) -Н ю(Р .

КЯ К4К»

1+р 1+ 4

8 Р 9! 251037

Q, (p) =1, 1:, (р) (10) 1О

20 (7) 1

К

2 к У

1 (9) ференцирующего элемента 9 рявен нулю, Поэтому при постоянном давлении

Н,(р) выходной сигнал первого сумматора 7 равен разности сигналов задатчика 6 расхода и раеходомеря 1.

Выходной сигнал U (Ь) первого сумматора 7 поступает ня первый вход .четвертого сумматора 14, я также через умножитель 13 и интегратор 15 на его второй вход. В умножителе 13 выходной сигнал первого сумматора умножается на величину вь1ходного сигнала Uz (р) первого делителя 8 .

При этом выходной сигнал четвертого сумматора 14 равен

U (p)=U (p) (1+ - -1- — -« - ) =

U ()К з р

= (U (p) -К, Л, (р)+П, (p)j f. !+

+ Я Q «5 1 р где К вЂ” коэффициент передачи интегратора 15;

U (р) — выходной сигнал задатчикя

6 расхода.

Данный сигнал поступает на управляющий вход регулирующего элемента

2, вызывая изменение расхода Q (р) газа. Расход газа, протекающего через регулирующий элемент 2, пропор ционален величине сигнала U1 (ð), т „е. 2 р 1 р) 2 где К вЂ” коэффициент передачи регули* рующего элемента 2.

Аппаратурная реализация предлагаемого устройства для автоматического регулирования расхода возможна при 40 выборе коэффициентов передачи К,, К, К4, Кя и К в соответс вии с ус15 ловиями

/ 9

К =

Подставив значение сигнала U8(ð) 50 из уравнения (5) в уравнение (6)„ значения сигналов Бн(р) и Б (р) из уравнений (5) и (6) в уравнение (7) а также подставив в уравнение (7) значение расхода Я,(р) из уравнения 55 (3) и затем значение сигнала U„,,(p) из уравнения (7) в уравнение (8), с учетом условий (9) получим

Полученный результат свидетельствует о том, что величина расхода газа, проходящего через исполнительный элемент 2„ зависит только от сигнала L „(р) задатчикя 6 расхода и пропорциональна его величине. Следовательно, при использовании предлагаемого устройства для автоматического регулирования расхода полностью компенсируются погрешности регулирования расхода, связанные с колебаниями давления Н„(р) поступа|ощего газа, я также с инерционностью зянисимac-ти выходного сигнала расходомера от величины управляемого расхода

Q,(р), обусловленной наличием определенного объема V трубопровода 3,. на участке между рясходомером 1 и исполнительным элементом 2, Ф о р м у л я и з о б р е, е í ê ÿ

Устройство для регулирования расхода газа, содержащее расходомер и исполнительный элемент, .установлен— ные на трубопроводе, зядятчик расхода и интегратор. о т л и ч а ю щ е ес я тем, чтс, с целью повышения точности устройства, оно содержит первый,, второй, третий и четвертый сумматоpbI> первый и второй делители, первый и второй датчики давления, дифф ренцирующий элемент, умножитель, причем выход задатчика расхода подключен к первому нходу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу расходомера и к первому входу перного делитепя, второй вход которого подключен к вь.ходу второго сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к ныхоцам первого и второго датчиков давления, третий вход первого сумматора связан с пернь.м входом второго делителя и с выходом дифференцирующего элемента; вход которого соединен с выходом третьего сумма-. тора„ первый вход которого подключен к выходу первого датчика давления, а второй вход — к выходу второго делителя, второй вход которого подключен к выходу первого делителя

o к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к выходу перного сумматора и к первому

1251037

Составитель Л,Цаллагова

Техред Э.Чижмар

Корректор А. Тяско

Редактор E.Êoï÷à

Заказ 4410/44 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 входу четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, подключенного входом к выходу умножителя, выход четвертого сумматора соединен с входом исполнительного элемента, первый датчик давления установлен в трубопроводе перед расходомером со стороны впуска газа, а второй датчик давления установлен в трубопроводе на участке между расходомером и исполнительным элементом.