Устройство для стабилизации массового расхода газа

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где необходимо снабжать потребителя сжатым газом с постоянным массовым расходом. Цель изобретения - повышение точности устройства - достигается включением в газовую магистраль 3 после дросселя 5 датчика 7 полного давления, датчика 8 температуры и трубы 6 Вентури, на входе которой величина полного давления, приведенная к реальной температуре газового потока, поддерживается постоянной. Кроме того, в устройство введены блоки вычисления и вычитания 28,29,30, задатчик 17 временных интервалов, посредством которого организуется последовательность циклов коррекции дросселя 5, и блок 11 управления клапаном 4. Блок 28 определяет ту величину полного давления P<SB POS="POST">OI</SB>, которую необходимо иметь в данный момент времени для измеренной температуры газового потока с учетом температурных деформаций трубы 6 Вентури, блок 29 вычисляет текущие значения полного давления P<SB POS="POST">OI</SB>, а блок 30 сравнивает P<SB POS="POST">OI</SB> с P<SB POS="POST">OI</SB> и выделяет сигнал рассоглассования, который с помощью блока 31 коррекции и сумматора 32 кодов приводится к новому углу настройки дросселя 5 с учетом нелинейности его рабочей характеристики. Перестройка дросселя 5 осуществляется по командам, формируемым блоком 33 и подаваемым на управляющие входы привода 9. Измерительные сигналы с датчиков 8 и 7 транслируются в блоки 28,29 через преобразователи 21, 22 напряжения, АЦП 23, 24 и регистры 26,27 соответственно. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д11 4 С 05 Р 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1» ""P Plgll/) $g т

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4308294/24-24 (22) 30.07.87 (46) 30.11.89. Бюл. М 44 (72) В.М.Ноянов и В.А.Астапов (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 980071, кл. G 05 D 7/00, 1981 °

Авторское свидетельство СССР . 9 1377832, кл. С 05 Р 7/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ NACСОВОГО РАСХОДА ГАЗА (57) Изобретение относится к системам автоматического регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промьппленности,. где необходимо снабг

ÄÄSUÄÄ 1525684 A 1

2 жать потребителя сжатым газом с постоянным массовым расходом. Цель изобретения — повьпаение точности устройства — достигается включением в газовую магистраль 3 после дросселя 5 датчика 7 полного давления, датчика 8 температуры и трубы 6 Вентури, на входе которой величина полного давления, приведенная к реальной температуре газового потока, поддерживается постоянной. Кроме того, в устройство введены блоки вычисления и вычитания 28, 29, 30, задатчик 17 временных интервалов, посредством которого организуется последовательность циклов коррекции дросселя 5, и блок 11 управления клапаном 4. Блок

1525684 вому углу настройки дросселя 5 с учетом нелинейности его рабочей характеристики, Перестройка дросселя 5 осуществляется по командам, фармируе5 мым блоком 33 и подаваемым на управляющие входы привода 9. Измерительные сигналы с датчиков 8 и 7 транслируются в блоки 28, 29 через преобразователи 21, 22 напряжения, АЦП 23, 24 и регистры 26, 27 соответственна. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования расхода текущей среды и может быть использо20 вано в различных отраслях промьппленности при необходимости снабжения потребителя сжатым газом с постоянным массовым расходом.

Цель изобретения — повышение тач25 но сти уст ройс тв а.

На фиг, 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 н 3— функциональные схемы блока коррекции и формирователя управляющих ко манд соответственно; на фиг ° 4— рабочая характеристика дросселя, поясняющая принцип действия устройства; на фиг. 5 — структурная схема алгоритма вычисления давлений.

Устройство содержит баллон 1 со сжатым газом, который соединен с потребителем 2 газовой магистралью 3, включающей запорный орган (электропневмоклапан) 4, дроссель-5, трубу 40

Вентури 6, датчик 7 полного давления, например, потенциометрическога типа и датчик 8 температуры, привод 9 с датчиком 10 угла поворота дросселирующих элементов дросселя 5, блок

11 управления клапаном, включающий, например, коммутирующий элемент 12, триггер 13 ключ 14, элемент 15 задержки и реле 16 времени, задатчик 17 временных интервалов в составе генератора 18 импульсов, элемента И 19 и счетчика 20, преобразователи 21 и

22 напряжения,, аналого-цифровые преобразователя (АЦП) 23 и 24, первый

25 второй 26 и третий 27 регистры, У

55 блок 28 вычисления заданного значения полного давления, блок 29 вычисления текущего значения полного давления, блок 30 вычитания, блок 31

28 определяет ту величину полного давления Р,, которую необходимо ! иметь в данный момент времени для измеренной температуры газового потока с учетом температурных деформаций трубы 6 Вентури, блок 29 вычисляет текущие значения полного давления

Р ;, а блок 30 сравнивает Р,.с Р,.и выделяет сигнал рассогласования, который с помощью блока 31 коррекции и сумматора 32 кодов приводится к накоррекции, сумматор 32 кодов, формирователь 33 управляющих команд и .элементы 34 и 35 задержки.

Блок 31 коррекции включает в себя элементы 36-38 сравнения кодов, элементы И 39 и 40, элементы 41-47 памяти (шифраторы), умножитель 48, регистр 49 и элемент 50 задержки.

Состав формирователя 33 зависит от типа привода 9, используемого для управления дросселем 5. Применительно к электромеханическому приводу он содержит (фиг. 3) цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 51» элемент 52 сравнения, два пороговых элемента 53 и 54 и ключи 55 и 56.

Для управления дросселем 5 может быть использован гидравлический привод с аналоговым либо цифровым входами. В первом случае формирователь 33 должен включать ЦАП, элемент сравне- . ния и усилитель, а во втором — только согласующие усилители по числу разрядов командного слова.

Состав блока 31 может быть иным.

Например, вместо цифровых элементов сравнения, он может содержать преобразователь код — аналог с пороговыми элементами и т.д.

Если для измерения полного давления используется частотный датчик 7, то s качестве вторичного преобразователя вместо блоков 22 и 24. используют пре" абразователь частота — код.

На фиг. 5 позициями 57 и 58 выделены ячейки памяти, входящие в состав блоков 28 и 29, позицией 59 таблица исходных данных, в которую записываются значения поправочных коэффициентов К (Т ) в зависимости от температуры газа Т „; .

25684 сигнал, формируемый на его выходе при полном заполнении регистра 25, бып равен сигналу, снимаемому с дат5 чика 10 при повороте дросселя 5 на у| ол с макс.

По рабочей характеристике dp=f (d) дросселя 5 (фиг ° 4) определяют угол на который он должен быть установлен перед выполнением технологических работ для обеспечения расчетного давления Ро, йР Р Р (град ) где Р„ац- давление газа в баллоне 1 перед выполнением технологических работ.

Полученные значения угла преобразуют в двоичный код, соответствующий

20 начальной уставке И „„„, регистра 25 (для этого используют таблицу перевода угол поворота дросселя — двоичный код выходного регистра, построенную на прямо пропорциональной зависи25 мости этих величин).

В блоки 28 и 29 вводят программы вычисления текущих значений температуры T,и полного давления P,, градуировочные характеристики датчиков

30 8 и 7 и постоянное число С, определяемое из соотношения: ш= — — - К(Т,), BPo F т.

С= —-КР и другие данные, касающиеся выполнения этих расчетов.

В таблицу 59 считывают значения температур газового потока и соответствующие им величины поправочных ко-.

40 эффициентов K(T,.), зависимость которых между собой устанавливается предварительно экспериментальным путем. где  — постоянный коэффициент, учитывающий физические свойства газа (его газовую постоянную

R,îòíîøåíèå теплоемкостей и пр.);

Т вЂ” ожидаемая температура газа о на входе трубы Вентури в первоначальный момент времени;

К(Т ) — поправочный коэффициент, учитывающий изменение линейных размеров трубы Вентури от теплового расширения ее материала.

Полный угол Ы „„поворота дросселя 5 разбивают на некоторое число дискРетов, например N„,„,, по которому устанавливают разрядность (емкость) выходного регистра 25. Коэффициент передачи преобразователя 51 выбирают таким образом, чтобы электрический

5 15

Дроссель 5 выбирают таким образом, чтобы создаваемый им максимальный перепад давления при заданном массовом расходе газа был эквивалентен сумме двух величин — падению давления в баллоне 1 за время выполнения технологических работ и изменению величины полного давления на входе трубы Вентури от разности температуры газа. Его рабочая характеристика

hp Е(Ы) — зависимость перепада давления от угла поворота дросселирующих элементов — не является прямолинейной. Один из вариантов такой характеристики приведен на фиг. 4.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно осуществляют настройку его схемных элементов на режим работы, обеспечивающий заданный массовый расход газа потребителем

2, например, равный величине m. Для этого из известного соотношения, определяющего массовый секундный расход ш газа в критическом сечении трубы

Вентури: находят величину полного давления Р, набегающего потока газа на входе трубы Вентури для выбранной площади F

tC P ее критического сечения

m&T, 1

Ь, BF„. К(т,) Рабочую характеристику йр=Е(с ) дросселя 5 разбивают на несколько участков, в пределах каждого из которых ее считают прямолинейной.

Например, на характеристике фиг.4 выделены четыре таких участка — их границы обозначены индексами А, Б, В, Г, Д. Кодовые обозначения граничных углов c(<, ы, Ы,, соответствующих точкам Б, В, Г и равных N» N » N,, записывают в элементы 41-43 памяти блока 31 коррекции.

Разбивка рабочей характеристики дросселя на прямолинейные участки позволяет определить для каждого иэ них коэффициент передачи по давле1525684

Нию. Он означает угол (в дискретах), ра который необходимо повернуть дрос1 сель 5 для изменения перепада давле-

Ния на величину, равную 1 кгс/см

Для участков АБ, БВ и т.д. он соИ б

1 тветственно равен АР б рмтк Р б

N -N

ДР = — -- - и т.д.

Б 6

rs р -др

Вычисленные значения коэффициентов передачи записывают в элементы

44-47 памяти.

Емкость счетчика 20 устанавлива1от таким образом, чтобы время его заполнения было равно выбранной длительности 8 цикла коррекции полного давления, т.е. интервалу времени, фзрмируемому эадатчиком 11, При этом 7 должна несколько превышать постоянную времени газового тракта 3, В исходном состоянии устройства регистры 26, 27, 49 обнулены, в регистр 25 записан код М„ „ начальной установки и за счет койтура .обратной связи, включающего элементы формирователя 33 и датчик 10, дроссель 5 повернут на угол „ „. Элементы И 19, l39 и 40 и ключи 14, 55 и 56 закрыты.

На инверсном выходе блока 36 сравне,ния кодов сформирован электрический сигнал, который поступает в элемент 44 памяти и устанавливает íà его выходах число соответствующее коэффиЭ циенту йР„ передачи участка АБ.

Баллон 1 наполнен сжатым газом до давления Р„„.

Для включения устройства в работу ,кратковременно замыкают коммутирующий элемент 12 блока 11. При этом триггер 13 устанавливается в единичное состояние, открывается ключ 14 и обмотка электропневмоклапана (ЭПК) 4 подключается к шине питания +U<.

ЭПК срабатывает и газ из баллона 1 начинает поступать потребителю 2,Через интервал времени, достаточный для стабилизации скорости газового потока в магистрали 3 и соизмеримый с постоянной времени датчика 8 температуры, срабатывает элемент 15 задержки и формирует на своем вьтходе потенциальный сигнал, который поступает на один из входов элемента

И 19. Последний открывается и задействует в работу задатчик 17 времен, ных интервалов, посредством которого организуется последовательность циклов измерения текущих значений температуры Т „ и полного давления

Р на входе трубы Вентури 6.

Каждый измерительный цикл заключается в следукщем.

При очередном заполнении счетчика

20 на его выходе возбуждается электрический сигнал, который транслируется на входы перезаписи регистров

26 и 27 и на управляющие входы вычислительных блоков 28 и 29. По этой команде в регистрах 26 и 27 фиксируются коды И.;, M âürpåëÿåìbrå преобразователями 23 и 24 и пропорциональные P„., P ... а блоки 28 и 29 реализуют программу вычислений, приведенную на фиг. 5.

Производится считывание в блок

28 И,-кода, установленного на информационных выходах регистра 26.

Считанный И „.-код преобразуется в напряжение U, блока 21 I0

25 U .=KODM . — — — — =KODM К

Umbra

КОЭИ „„„, максимальное напряжение на выходе преобразователя 21. максимальный двоичный код, соответствующий верхнему диапазону измерений АЦП 23, коэффициент преобразования АЦП 23.

30 ImDM

К np,i

Вычисляется изменение сопротивления датчика 8 относительно базовой д температуры, равной, например, 0 С

Аа U

А -U ; где А,А 6- — коэффициенты, учитывающие нелинейность передаточной функции преобразователя

21 напряжения.

Определяется полное сопротивление датчика 8 при измеряемой температуре газовоro потока

То; =А К; +А,R r+A +273 К, где А,A „А „- коэффициенты полинома.

R =A +БР.;.

Полученный результат преобразуется в физическую размерность параметра, для чего используется градуировочная характеристика термодатчика 8, записываемая полиномом вида

1525684

U - =КОЭМ . †- †-- =KODM К

П oma« KÎDM р макс где U „„; максимальное напряжение р мс ко на выходе преобразователя 22;

K0DM „„„- минимальный двоичный код, СООТВетствующИЙ ВерХНему 40 диапазону измерений АЦП 24.

Вычисляется текущее значение полного давления Р,;по градуировочной характеристике датчика 7, представленной, например, полиномом вида: 45

Р; аР, +а,11 р,. +а,, где а, а,, а о — коэффициенты полинома, апроксимирующие градуировочную характери стику датчика 7.

Полученный результат переписывается в ячейку 58 памяти.

Выделенная блоками 28 и 29 информация обрабатывается в такой последбвательности: блок 30 сравнивает текущее значение Р;полного давления с величиной

P„., в которой учтена температура га35

Вычисляется квадратный корень из

Т,.и полученный результат умножается на постоянный коэффициент СА,.

Поскольку труба Вентури 6 подвер5 жена температурным деформациям за счет непрерывного теплообмена между ее корпусом и газовым потоком, площадь ее критического сечения не остается постоянной, а изменяется в соот- 1ð ветствии с изменением температуры газа. Это приводит к неоднозначности расходной характеристики трубы 6 и учитывается делением произведения

С Т,. Иа поправочный коэффициент

К(Т„ ) величина которого считывается из таблицы 59 в зависимости от текущего значения температуры Т, Полученный результат эквивалентен

/ той величине полного давления Р;, 20 которую необходимо иметь в данный момент времени для измеренного значения Т „; (2), т. е. г — 1

P . =СчТ . —.— —— 25 К(Т .)

Oi и фиксируется в ячейке 57 памяти.

Одновременно другой блок 29 считывает информацию, записанную в регистре 27 (двоичный KODM ;) и перево- 3Q дит ее в напряжение U „преобразователя 22 зового потока в данный момент време— ни, а также изменение площади крити" ческого сечения трубы Вентури от теплового расширения ее материала, и определяет их разность ЛР,.

Ро Ро поскольку давление газа в баллоне 1 непрерывно уменьшается, полученная разность ЛР; указывает, на сколько должен быть уменьшен перепад давления на дросселе 5 для обеспечения постоянства массового хода газа m, исхОДЯ из этОГО услОВиЯ, блОк 31 коррекции приводит число ЛР, к коду выходного регистра 25, умножив его на коэффициент передачи, установленный, например, на выходах элемента 44 памяУ ти

l!n; =аР; i1Ppg Сди KPeT2э — через интервал времени, достаточный для выполнения. этих вычислений и равный уставке элемента 50 задержки, полученный результат переписывается в регистр 49„ — сумматор 32 кодов увеличивает содержимое выходного регистра 25 на величину Лп,, вследствие чего изменяется напряжение на выходе преобразователя 51 блока 33, срабатывает один из его пороговых элементов, например

53, замыкается ключ 55, привод 9 приоткрывает дроссель 5 на угол, соответствующий числу дискретов кода

4п,; — полное давление газового потока на входе трубы Вентури увеличивается, а массовый секундный расход газа остается неизменным; блок 30 все операции выполняет по командам, формируемым элементом 35 задержки, уставка которого несколько превышает время, затрачиваемое блоками 28 и 29 на вычисление Р „ и Ро, .

По заполнении счетчика 20 на его выходе возбуждается очередной импульс напряжения, который поступает в схему для организации следующего цикла измерения Р„, Т,< и коррекции полного давления, а сам счетчик возвращается в исходное состояние.

Таким образом, дроссель 5 непрерывно отслеживает изменения давления и температуры газа в баллоне 1, поворачивая его дросселирующие элементы пропорционально вычисляемым сиг12

1525684 неллам аР, рассогласования. При этом, когда он достигнет угла 8 код выходного регистра 25 станет равным кодлу Б, хранящемуся в элементе 41 памяти. Вследствие этого срабатывает блок 36 и напряжение с его инверсног выхода переключится на прямой вых д. В результате открывается элемент

И 39 и на выходе элемента 46 памяти рмируется коэффициент передачи Р

БВ о носящийся к второму участку характ ристики дросселя 5. При повороте д осселя на угол ц срабатывает блок

3 сравнения кодов, который закрывае элемент И 39 и выключает элемент

4 памяти. Последний формирует коэфt циент передачи QP6, относящийся к третьему участку характеристики.

При повороте дросселя на угол с абатывает блок 38 сравнения кодов и переключает элементы памяти 46 и

4 . Последний устанавливает на свовыходах число, эквивалентное коэфф циенту передачи ЬР,, на которое б ок 48 в дальнейшем умножает выдеемый сигнал рассогласования llP ..

Окончание технологических работ к нтролируется с помощью реле 16 врем ни. При его срабатывании триггер переключается в нуЛевое состояние, ч 14 и ЗПК 4 закрываются. Расход г за потребителю 2 прекращается. ормула изобретения

1, Устройство для стабилизации м ссового расхода газа, содержащее с мматор, выходы которого через перв и регистр соединены с первыми соотВетствующими входами формирователя управляющих команд и со своими соот— ветствующими первыми информационными фходами, привод дросселя, установленйого в газовой магистрали, входы которого подключены к выходам формироВателя управляющих команд, задатчик временных интервалов и первый элемент

J задержки, выход которого соединен с

:Входом перезаписи первого регистра,, дроссель связан с входом датчика угла поворота, выходом подключенного

K второму входу формирователя управ.ляющих команд, о т л и ч а ю щ е—

Е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит

Последовательно установленные в газовой магистрали после дросселя датчик полного давления, датчик темпе10

1 ратуры, и трубу Вентури, а также блок вычисления текущего значения полного давления, блок вычисления заданного значения полного давления, блок управления клапаном, установленным перед дросселем, блок коррекции, блок вычитания, второй элемент задержки, последовательно соединенные первый преобразователь напряжения, первый аналого-цифровой преобразователь и второй регистр, и последовательно соединенные второй преобразователь напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь и третий регистр, причем выходы второго и третьего регистров подключены к информационным входам соответственно блока вычисления заданного значения полного давленйя и блока вычисления текущего значения полного давления, управляющие входы которых соединены с выходом задатчика временных интервалов, с входами перезаписи второго и третьего регистров и через второй элемент задержки — с управляющими входами блока вычитания и блока коррекции, а выходы — соответственно с первой и второй группами информационных входов блока вычитания, выход блока управления клапаном подключен к входу задатчика временных интервалов, первые информационные входы блока коррекции соединены с соответствующими выходами блока вычитания, вторые информационные входы— с соответствующими выходами первого регистра, первый выход — с входом первого элемента задержки и с управляющими входами сумматора, а вторые выходы — с вторыми соответствующими информационными входами сумматора, выходы датчиков температуры и полного давления связаны с входами соответственно первого и второго преобразователей напряжении..

2. Устройство по п, l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок коррекции содержит последовательно соединенные умножитель и регистр, три элемента сравнения кодов, три первых элемента памяти, элемент задержки, два элемента И и четыре вторых элемента памяти, выходы которых объединены и подключены к соответствующим первым информационным входам умножителя, вторые информационные входы которого подключены к соответствщгщим вторым информационным входам Блоl4

)5525684

Фиг. Л ка, причем выходы регистра соединены с соответствующими вторыми выходами блока, управляющий вход которого соединен с входом управления умножителя и через элемент задержки — с входом перезаписи регистра и с первым выходом блока, прямой выход первого и инверсный выход второго элементов сравнения кодов связаны с соответствующими входами первого элемента И, прямой выход второго и инверсный выход третьего элементов сравнения кодов подключены к соответствующим входам второго элемента И, входы вторых элементов памяти соединены соответственно с инверсным выходом первого элемента сравнения кодов, с выходами элементов

И и прямым выходом третьего элемента сравнения кодов, первые входы элементов сравнения кодов объединены и подключены к соответствующим первым информационным входам блока, а вторые входы — к выходам соответствующих

I первых элементов памяти.

1525684

Составитель Л.Цаллагова

Редактор Л.Пчолинская Техред 11.Дидык Корректор А.Обручар

Заказ 7226/44 Тираж 788 Подписное

ВБКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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