Емкостный пылемер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕС<ИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 F 23 N 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О 4

О!

ы (21) 4904727/06 (22) 22.01.91 . (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Л. А. Кесова, P. Д. Тучин, H. И. Михайленко и Н. Н. Черезов (73) Киевский политехнический институт (56) Кесова Л. А., Черезов Н, Н, Контроль расхода пылевидного топлива на тепловых электростанциях. Общество "Знание" Украинский ССР, Киев, 198Ь, Кесова Л. А., Черезов H. H., Миронов B.

Г., Дзюман Н. А, Емкостной пылемер, "Измерительная техника" ¹ 1, 1990.

„„!Ы„„1790719 АЗ (54) ЕМКОСТНЫЙ ПЫЛЕМЕР (57) Использование; при измерении расхода угольной пыли котлов тепловых электростанций. Сущность изобретения: емкостный пылемер содержит фильтр 17 низких частот, цифроаналоговый преобразователь 22 и аналого-цифровой преобразователь 18, задатчик 26 кодов, цифровое отсчетное устройство 29, источник 28 опорного напряжения, потенциометр 27, два переключателя 5 и 0 с подвижными и неподвижными контактами и дополнительный образцовый конденсатор 14. 1 ил.

1790719

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении цифровых емкостных пылемеров, предназначенных для определения расхода пылевидноготоплива, например, угольной пыли котлов тепловых электростанций, Известны емкостные пылемеры. Недостатками такихЪь|лемеров являются низкая надежность, Невысокая точность определения расхода топлива, а также низкое быстродействие.

Известен также емкостной пылемер, содержащий последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь, усилитель напряжения неравновесия измерительной цепи, выпрямитель и усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен индикатор выходного напряжения (тока) пылемера (милливольтметр или миллиамперметр), а также емкостной первичный преобразователь, подсоединенный к зажимам мостовой измерительной цепи, служащим для подключения объекта измерений, Указанный емкостной пылемер принят в качестве прототипа. Прототип имеет низкую точность определения расхода топлива и низкое быстродействие.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности определения расхода топлива, Поставленная цель достигается введением в структуру емкостного пылемера фильтра нижних частот, цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей, задатчика кодов, цифрового отсчетного устройства, источника опорного напряжения, потенциометра, двух переключателей и дополнительного образцового конденсатора.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого емкостного пылемера.

Он содержит генератор 1 синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь 2 с зажимами 3 и 4 для подсоединения объекта измерений, первый переключатель

5 с подвижным контактом 6 и с первым 7 и вторым 8 неподвижными контактами, второй переключатель 9 с подвижным 10 и с первым 11 и вторым 12 неподвижными контактами, емкостной первичный преобразователь 13, дополнительный образцовый конденсатор 14, усилитель 15 напряжения неравновесия измерительной мостовой цепи 2, выпрямитель 16, фильтр 17 низких частот, аналого-цифровой преобразователь

18 с информационным входом 19, входом 20 опорного напряжения и выходом 21, цифроаналоговый преобразователь 22 с кодовыми входами 23, входом 24 опорного напряже5

40 ния и выходом 25, задатчик 26 кодов, потенциометр 27, источник 28 опорного напряжения, цифровое отсчетное устройство 29, В пылемере выход генератора 1 синусоидального напряжения подсоединен к мостовой измерительной цепи 2, первый выходной зажим 3 которой подсоединен к подвижному контакту 6 первого переключателя 5, а второй выходной зажим 4 — к подвижному контакту 10 второго переключателя 9, Выводы емкостного первичного преобразователя 13 подсоединены к первым 7 и 11 неподвижным контактам соответственно первого 5 и второго 9 переключателей. Выводы дополнительного образцового конденсатора 14 подсоединены к вторым 8 и 12 неподвижным контактам соответственно первого и второго 9 переключателей. Выход мостовой измерительной цепи 2 подсоединен к входу усилителя 15 напряжения неравновесия измерительной цепи 2, выход которого подсоединен к входу выпрямителя 16. Выход выпрямителя 16 через фильтр 17 нижних частот подсоединен к аналоговому информационному) входу 19 аналого-цифрового преобразователя 18, вход20 опорного напряжения которого подсоединен к выходу 25 цифро-аналогового преобразователя 22. Кодовые входы 23 цифро-аналогового преобразователя 22 подсоединены к соответствующим кодовым выходам задатчика 26 кодов, а вход 24 опорного напряжения — к среднему выводу потенциометра 27, крайние выводы которого подсоединены к выходу источника 28 опорного напряжения, Выход 21 аналогово-цифрового преобразователя 18 подсоединен к цифровому отсчетному устройству 29, Работа емкостного пылемера состоит из трех циклов; подготовительного, установочного и измерительного, Подготовительный цикл осуществляется следующим образом.

Первый 5 и второй 9 переключатели устанавливают в положение "включено", при котором к зажимам 3 и 4 мостовой измерительной цепи 2 через первые неподвижные контакты 7 и 11 переключателей в плечо объекта измерений мостовой цепи подключается емкостной первичный преобразователь 13. При этом после подачи на измерительную цепь напряжения, вырабатываемого генератором 1, на ее выходе возникает напряжение разбаланса, пропорциональное емкости Со первичного преобразователя 13, Путем регулировки плечевых элементов мостовой измерительной цепи 2 это напряжение сводят к нулю (или к минимально возможному значению), 1790719 приводя тем самым измерительную цепь в состояние полного равновесия.

Далее осуществляют установочный цикл работы пылемера, в процессе которого на задатчике 26 кодов устанавливают число, равное значению In я, где е — диэлектрическая проницаемость пылевидного топлива, расход которого подлежит определению, а ось потенциометра 27 устанавливают в положение, которое прпорционально (в относимтельных единицах) значению собственной емкости С, первичного преобразователя 13, Подготовленный таким образом прибор используется для определения концентрации,и частиц пылевидного топлива и последующего определения его расхода, Из-за измерения диэлектрической проницаемости я потока частиц пылевидного топлива при прохождении его через канал ем костного преобразователя 13 емкость последнего изменяется на значение Л Со, равное

ЛСо= Со,и Inc (1)

Появление приращения емкости Л Со приводит к пропорциональному измерению напряжения U> разбаланса мостовой измерительной цепи 2, которое может быть представлено выражением

Ор=Ог Л Со Кмиц (2) где U(- — напряжение генератора 1;

Кмиц — коэффициент преобразования мостовой измерительной цепи, зависящий от соотношения значений элементов ее плеч, Напряжение U>, усиленное при помощи усилителя 15 и выпрямленное при помощи выпрямителя 16, через фильтр 17 нижних частот подается на аналоговый (информационный) вход 19 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18. Аналитически напряжение U», подаваемое на вход 19

АЦП 18, можно записать следующим образом

Овх1=Ог A Co Кмиц Кунн Квып, (3)

ГдЕ Куин, Kebm КОЭффИцИЕНтЫ ПЕрЕдаЧИ уСИлителя 15 напряжения неравновесия и выпрямителя 16 соответственно, На вход 20 опорного напряжения АЦП

18 подается напряжение постоянного тока, которое формируется при помощи цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 25, задатчика 26 кодов, потенциометра 27 и источника 28 опорного напряжения, Передаточная функция ЦАП 22 в данном случае приобретает вид:

Оцап Оион Ks N/Nmax, (4) где О,он — напряжение источника 28 опорного напряжения;

Кп — коэффициент передачи напряжения потенциометром 27;

N, Nmax — текущее и максимальное значение кода, устанавливаемое при помощи

5 задатчика 26 кодов.

Выходной код N АЦП 18 характеризуется отношением напряжения Usx1, поступающего на его аналоговый вход 19, и напряжения Оцеп, поступающего на его ана10 логовый вход 19, и напряжения Uqa(), поступающего на его вход 20 опорного напряжения с выхода 25 ЦАП 22, т, е.

N= (5)

Подставив выражения (3) и (4) в (5), получим — (6)

Оион K() Ni Nmax

Выбрав Кп равным Со, N/Nmax равным

In я, а отношение Кмиц Куин U„/Оио„равным числу, учитывающему масштабное соотношение между напряжениями, подаваемыми на входы АЦП 18, получим

N=C (7) т. е, в соответствии с (1) N=,è.

Выходной код N АЦП 18 подается на цифровое отсчетное устройства 29, где пре- образуется в число, представляющее собой результат определения концентрации,и частиц потока пылевиднога топлива, проходящего через канал емкостного первичного преобразователя 13.

На точность измерений пылемера оказывает влияние нестабильность выходного напряжения Ос генератора 1 и нестабильность коэффициента Куне передачи напряжения усилителя 15, а также нестабильность

40 коэффициента Keble передачи напряжения выпрямителя 16, Возникающая из-за этого погрешность измерения 0н«»б описывается выражением

Днестаб=

=(1 - — - -"" )(1+ „"" )(1+ д ).(8) где Л Ог, Л Кунн и Л Квып отклонение выходного напряжения генератора 1 и коэффициентов Кунн и Ке и от номинального значения соответственно.

Эта погрешность уменьшается благодаря проведению следующей процедуры, Первый 5 и второй 9 переключатели устанавливают в положение "выключено", при котором к зажимам 3 и 4 мостовой измерительной цепи 2 через вторые неподвижные контакты 8 и 12 соответственно

1790719

Сдоп Со+ ЬС о

I (9) 5

N-А.

55 иадсоединаетея дополнительный образцовый конденсатор 14. Значение его емкости

Сдлп выбирается равным и где Ь С о — некоторое, заранее расчитанное значение приращение емкости Со, при котором с учетом заданного значения кода задатчика 26 кодов и заданного положения оси потенциометра 27 на цифровом отсчетном устройстве 29 будет фиксироваться результат измерений близкий к максимально возможному для выбранного типа АЦП, например 1555. Легко видеть, что такое расчетное значение отсчета будет иметь место лишь в том случае, если коэффициенты передачи напряжения Kyat и Квып усилителя 15 напряжения неравновесия и выпрямителя

16 будут равным номинальным (расчетным).

Если при подключении дополнительного образцового конденсатора 14 результат измерений будет отличен от расчетного значения, это устраняется вращением оси потенциометра 27 до такого его положения, при котором результат измерения не будет соответствовать расчетному, равному, например, ранее выбранному значению 1555.

Для этого случая выражение (6), характеризующее измерительное преобразование прибора может быть записано следующим образом: (10) где А — соотношение, отсутствующих в (10) членов формулы (6), а

Формула изобретения

Емкостный пылемер, содержащий последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь с зажимами для подсоединения объекта измерений, емкостный первичный преобразователь, усилитель напряжения неравновесия мостовой цепи и выпрямитель, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности определения расхода топлива, он снабжен фильтром низких частот, цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователями с информационными входами и входами опорного напряжения, задатчиком кодов, цифровым отсчетным устройством, источником опорного напряжения, потен10

Кп — изменение коэффициента передачи напряжения потенциометром 27.

Из выражения (10) следует, что при что выполяется в процессе установления результата измерений емкости Сдоп, равного расчетному значению, выражение (10) приводится к виду выражения (6), где в качестве выражения Ur и коэффициентов Kyat и К п выступает номинальное значение напряжения Ur и коэффициенты, соответствующие номинальным параметрам усилителя 15 и выпрямителя 16, т. е. погрешность измерений емкостного пылемера, вызванная нестабильностью характеристик генератора 1, усилителя 15 напряжения неравновесия и выпрямителя 16 значительно уменьшается.

Интервал времени, по истечении которого следует повторять вышеописанную процедуру корректировки амплитудной характеристики тракта обработки измерительного напряжения пылемера зависит от уровня нестабильности его элементов и определяется экспериментальным путем.

Таким образом, благодаря введению в структуру емкостного пылемера системы цифровой обработки и корректировки измерительного сигнала, состоящей из АЦП, ЦАП, задатчика кодов потенциометра, источника опорного напряжения, дополнительного образцового конденсатора и цифрового отсчетного устройства повышается точность измерений и обеспечивается прямой отсчет концентрации частиц пылевидного топлива, что повышает быстродействие процесса измерений, циометром, первым и вторым переключателями с подвижными и неподвижными контактами и дополнительным образцовым конденсатором, при этом выход аналогоцифрового преобразователя подсоединен к цифровому отсчетному устройству, информационный вход через фильтр нижних частот подсоединен к выходу выпрямителя, вход опорного напряжения — к выходу цифроаналогового преобразователя, управляющие (кодовые) входы которого подсоединены к соответствующим выходам задатчика кодов, а вход напряжения — к среднему выводу потенциометра, крайние выводы которого подсоединены к выходу источника опорного напряжения, зажимы для подсоединения объекта измерений под10

1790719

15

25

35

45

Составитель P.Òó÷èí

Редактор Н.Козлова Техред IVI.Moðãåí Tàë Корректор М Керецман

Заказ 372 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 соединены к подвижным контактам первого и второго переключателей, к первым неподвижным контактам которых подсоединен емкостный первичный преобразователь, а к вторым неподвижным контактам — дополнительныйый образцовый конденсатор.