Вибрационный преобразователь расхода
Использование: в приборостроении для автоматического контроля и измерения массового расхода. Сущность изобретения: устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения колебаний, два узла 3, 4 съема сигнала, и датчик 5 температуры, два формирователя 6, 8 импульсов, блок 7 стабилизации амплитуды колебаний, блок 9 управления, элемент 10 неравнозначности, счетчик 11, генератор 12 тактовых импульсов, два преобразователя код-частота 13, 14, блок 15 памяти, апалого-цифровой преобразователь 16, преобразователь сопротивление-напряжение 17, выходной преобразователь 18 изадатчик 19 кода. 1 з .п. ф-лы, 2 ил.
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)s G 01 F 1/84
HOE ПАТЕНТНОЕ д CCP о (fjOCflATEHT CCCP) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (2,1) 4952297/10 (2 ) 03.06.91 (46) 07.02.93. Бюл. hb 5 ! (71) Государственный Научно-исследовательский институт теплоэнергетического . приборостроения (72) А.А.Шкурин, В.И.Дмитриев и С,А.Золотаревский
1 (56) Авторское свидетельство СССР
М 627328, кл. G 01 P 1/66, 1978.
Патент CLUA, 4777833, кл, G 01 F 1/84, 1988, (54) ВИБРАЦИОНН6ИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЬ" ЛЬ РАСХОДА, БЫ,, 1793235 А1,{57) Использование: в приборостроении для автоматического контроля и измерения массового расхода. Сущность изобретения: устройство содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения колебаний, два узла 3, 4 сьема сигнала, и датчик 5 температуры, два формирователя 6, 8 импульсов, блок 7 стабилизации амплитуды колебаний, блок 9 управления, элемент
10 неравнозначности, счетчик T1, генератор
12 тактовых импульсов, два преобразователя код-частота 13, 14, блок t5 памяти, аналого-цифровой преобразователь 16, преобразователь сопротивление-напряжение17, выходной преобразователь IO и задатчик 19 кода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил, 1793235
Изобретение относится к приборостро- сигнала, датчик температуры и выходной ению и может быть использовано в систе- преобразователь, причем вход первогоузла мах автоматического контроля и измерения съема сигнала через последовательно соемассового расхода жидкости в нефтяной, диненные первый формирователь импульхимической, металлургической и других от- 5 сов и блок стабилизации амплитуды раслях промышленности. колебаний подключен к узлу возбуждения
Известен вибрационный преобразова-. колебаний, выход второго узла съема сигнатель расхода, содержащий чувствительный ла через второй формирователь импульсов элемент в виде консольно укрепленного в подключен к блоку управления, датчик темкорпусе на упругом подвесе вибрирующего "О пературы соединен с преобразователем сополого маятника, узел возбуждения колеба- противление — напряжение, введены ний, виброизмеритель, схему измерения и элемент неравноэначности, счетчик, генерегулирования, а также два электромагнита, ратор тактовых импульсов, блок памяти, два расположенных диаметрально по обе сторо- преобразователя код — частота и аналогоны полого маятника и подключенных к ис- 15 цифровой преобразователь, причем выходы точнику постоянного тока через амперметр пзрвого и второго формирователей импульи регулятор тока. сов подключены к соответствующим входам
Его недостатком является низкая точ- элемента неравнозначности, выход котороность, обусловленная низкой добротностью го соединен с входом разрешения счетчика, резонатора (полого маятника). 2О тактируемый вход счетчика подключен к
Наиболее близким к изобретению по выходу генератора тактовой частоты и к технической сущности и достигаемому ре- последовательно включенным первому и зультату является вибрэционный преоб- второму преобразователям код — частота, а разователь расхода, выполненный на вход сброса счетчика — к первому выходу закрепленных с возможностью колебэ- 25 блока управления, второй выход которого ний трубопроводах с размещенными на соединен с входом записи блока памяти, них узлом возбуждения колебаний, первым вход аналого-цифрового преобразователя и вторым узлами сьема сигнала, блок стаби- подключен к выходу преобразователя солиэации амплитуды колебаний, выход кото- противление — напряжение, а выход — к входу рого соединен с узлом возбуждения 30 устэновкипервогопреобразователякод-чаколебаний, первый формирователь импуль- стота, выход счетчика через блок памяти сов, входкоторого соединен с первымузлом подключен к входу .::ñòàíoâêè второго пресъема сигнала, а первый выход — с входом образователя код-частота, à его выход соеблока стабилизации амплитуды колебаний, динен с выходным преобразователем, а второй формирователь импульсов, вход ко- 35 также тем, что введен регулируемый эадатторого соединен с вторым узлом съема сиг- чик кода, соединенный с входами предустанала, временной интегратор, в состав новки счетчика. которого входит блок управления, RC- На фиг, 1 приведена функциональная фильтр, выход которого через преобразова- электрическая схема устройства; на фиг, 2— тель напряжения — частота соединен с 4О временныедиаграммы, поясняющиеегоравыходным преобразователем (2). Выходной, боту, преобразователь представляет собойчэсто- Устройство содержит первичный преобтомер-счетчик импульсов, отградуирован- рэзователь 1, выполненный на двух закрепный в единицах массы измеряемой среды, ленных в корпусе с воэможностью . Недостатком данного устройства явля- 45 колебаний трубопроводах с размещенными ется относительно низкая точность и на- на них узлом 2 возбуждения колебаний, уздежность, что обусловлено наличием лами 3 и 4 съема сигнала, датчиком 5темпепромежуточных преобразований интервала ратуры, причем узел 3 съема сигнала через времени в напряжение и напряжения в час-" " последовательно соединенные формироватоту. 50 тель 6 импульсов и блок 7 стабилизации
Цель1о изобретения является повыше- амплитуды колебаний подключен к узлу 2 ние точности и надежности преобразовате- возбуждения колебаний, выход узла 4 съема . ля расхода. сигнала через формирователь 8 импульсов
Цель достигается тем, что в вибрацион- подключен к блоку 9 управления, выходы ный Г1реобразователь расхода, содержащий 55 формирователей 6 и 8 импульсов подключепервичный преобразователь, выполненный ны к соответствующим входам элемента 10
Лэ двух закрепленных в корпусе с возмож- неравнозначности, а его выход к входу разностью колебаний трубопроводах с разме- решения счетчика 11. Тактируемый вход щенными на них узлом возбуждения счетчика11подключенквыходугенератора колебаний, первым и вторым узлами съема 12 тактовых импульсов и к последовательно
1793235! включенным преобразователям код-частота 13 и 14, а вход сброса счетчика 11 соедине с первым выходом блока 9 управления, егО второй выход соединен с входом записи бл ка 15 памяти. Вход аналого-цифрового 5 пр образователя 16 подключен к выходу пр образователя сопротивление-напряжени 17, а выход — к входам установки первого преобразователя код — частота 13. Выход сч тчика 11 через блок памяти 15 подклю- 10 чен к входу установки второго преобразователя код-частота 14, выход которого соединен с выходным преобразователем
18 Регулируемый задатчик 19 кода подключен к входам предустановки счетчика 11, 15
На фиг. 2 20 и 21 — выходные сигналы узлов 3 и 4 съема сигнала, 22 и 23 — выходнь е сигналы формирователей 6 и 8 импульсов, 24 — сигнал на выходе элемента 10 не авноэначности, 25 и 26 — сигналы на 20 вт ром и первом выходах блока 9 управления.
Устройство работает следующим образам.
Узел 2 возбуждения колебаний, узел 3 25 съ ма сигнала и блоки 6 и 7 образуют контур положительной обратной связи, возбуждающий колебания трубопроводов первичного преобразователя 1. При этом блок 7
I стабилизирует амплитуду колебаний. Вы- 30 ходные сигналы узлов 3 и 4 съема сигнала (соответственно диаграммы 20 и 21 на фиг.
2) поступают на входы формирователей 6
1 и,8 импульсов, где осуществляется их сравнение с опорным напряжением Чоп. В 35 результате сравнения формируются прямоугольные сигналы (диаграммы 22 и 23 соответственно), причем временной сдвиг между сигналами на диаграммах 22 и 23 представляет собой временной сдвиг между 40 колебаниями трубопроводов, пропорциональный измеряемому расходу. Сигналы с выходов формирователей 6 и 8 поступают на элемент 10 неравнозначности, на выхо1 де которого формируется в каждом периоде 45 (цикле).измерения импульсный сигнал tt и tz (дйаграмма 24), причем т1+ t2 = тобщ — время, npîïoðöè0Hàëüíîå временному сдвигу — измеряемому расходу. С выхода элемента 10 неравноэначности сигналы ti u tz поступают 50 на вход разрешения работы счетчика 11, который осуществляет счет импульсов с генератора 12 тактовых импульсов за время
t 11, равный йд = to6 1сд, где fon — частота генератора 12, переписываетгя в блок 15 памяти под действием импульса переписи (диаграмма 25) с второго выхода блока 9 управления, по окончании которого с первого выхода блока 9 управления на вход сброса счетчика 11 поступает импульс сброса, обнуляющий счетчик 11 (диаграмма 26), С выхода блока 15 памяти код Ng (пропорциональный расходу) подается на входы установки второго преобразователя код— частота 14, На его вход поступает частотный сигнал с выхода nepeoro преобразователя код-частота 13, вход которого подключен к выходу генератора 12 тактовых импульсов. На установочные входы преобразователя 13 поступает код с выхода аналого-цифрового преобразователя 16. На вход аналогоцифрового преобразователя поступает напряжение с выхода преобразователя со- противления — напряжение 17, вход которого соединен с датчиком 5 температуры (термометр сопротивления). Причем с по вышением температуры среды напряжение на выходе преобразователя сопротивление †напряжен 17 линейно уменьшается, а следовательно, также уменьшается выходная частота f< преобразователя код — частота 13. ft = Nt опlКд.макс. где Ni — код на выходе аналого-цифрового преобразователя 16; Кд.макс максимальный коэффициент деления преобразователя 13. Таким образом, осуществляется коррекция крутизны преобразования в зависимости от изменения модуля упругости материала трубопроводов первичного преобразователя 1; вызванного изменением температуры среды. На выходе преобразователя 14 формируется частотный сигнал (Гц),. пропорциональный измеряемому расходу, Fg ft Ng KÀ àõñ где f — входная частота преобразователя 14; Ng — код на входах предустановки преобразователя 14 (пропорциональный временному сдвигу между узлами 3 и 4 съема сигнала; Кд.макс — максимальный коэффициент деления преобразователя 14. Выходная частота Fg преобразователя 14 поступает на вход выходного преобразо- . вателя 18. Для компенсации начального технологического разбаланса трубопроводов первичного преобразователя 1 на установочные входы счетчика 11 с помощью регу1793235 20 35 лируемого задатчика 19 кода вводится начальный код, пропорциональный разбалансу трубопроводов. Причем, если технологический разбаланс отрицательный, вводится добавочный (компенсирующий) код N +, тогда код счетчика по окончании цикла измерения — Ng = (Nz+) + Ngp, где йво - код, пропорциональный измеряемому расходу, т.е. без учета технологического разбаланса трубопроводов. Если технологический разбаланс положительный, вводится код N = Ймакс - { к-) где йиакс максимальный код счетчика; й, — код начальной компенсации (компенсирующий). Тогда код счетчика по окончании цикла измерения Ng - Ngo - (N -). Задатчик 19 кода представляет собой набор перемычек, которыми устанавливаются сигналы лог. "0" или лог. "1" на входах предустановки счетчика 11. Благодаря отличительным признакам изобретения осуществляется "цифровое" преобразование временного сдвига в частотный сигнал, пропорциональный измеряемому расходу, — сигнал, наиболее удобный для передачи и преобразования в цифровую форму. Аналоговое преобразование используется только для преобразования зависящего от температуры сопротивления в преобразователе 17 в напряжение и в код. Формула изобретения 1. Вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде двух закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводов с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и первым и вторым узлами съема сигналов, а также датчик температуры и выходной преобразователь, йрич1ем выход первого узла съема сигнала через последовательно соединенные первый формирователь импульсов и блок стабилизации амплитуды. колебаний подключен к узлу возбуждения колебаний, выход второго узла съема сигнала через второй формирователь импульсов подключен к блоку управления, датчик температуры соединен с преобразователем сопротивление — напряжение, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода и надежности Однако компенсация изменения температуры среды вызывает необходимость изменения коэффициента преобразования устройства всего на 1-5 оь. Таким образом, применение в основном цифрового преобразования позволяет повысить точность и надежность преобразователя расхода эа счет устранения временных и температурных дрейфов нуля и коэффициента преобразования. Эксперимент показал, что предложенное техническое решение позволяет повысить точность примерно в два раза за счет снижения временных и температурных дрейфов аналоговых электронных преобразователей, Дополнительные элементы в разработанном и испытанном образце выполнены на элементах 555 и 155 серии, в частности элемент 10 неравнозначности и генератор 12 тактовых импульсов выполнены на микросхеме К555ЛАЗ, счетчик 11 — на микросхеме К555ИЕ7, блок 15 памяти— на микросхеме К555ИР23, блок 9 управления — на микросхеме К555АГЗ, преобразователи код-частота 13 и 14 — на микросхемах К155И Е8, аналого-цифровой преобразователь 16 — на микросхеме К572ПВ1, задатчик 19 кода — на модульных выключателях ВДМ1-8. в работе, в него введены элемент неравнозначности, счетчик, генератор тактовых импульсов, блок памяти, два преобразователя код — частота, аналого-цифровой преобразователь, причем выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к соответствующим входам элемента неравнозначности, выход которого соединен с входом разрешения счетчика, тактируемый вход счетчика подключен к выходу генератора тактовой частоты и к последовательно включенным первому и второму преобразователям код — частота, а вход сброса счетчика — к первому выходу блока управления, второй выход которого соедийен с входом записи блока памяти, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу преобразователя сопро тивление — напряжение, а выход — к входу установки первого преобразователя код— частота, выход счетчика через блок памяти подключен к входу установки второго пре1793235 образователя код — частота, а его выход соединен с выходным преобразователем, 1 2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что. с целью повыСоставитель А. Шкурин Техред M,Ìîðãåíòàë Редактор Т. Федотов Корректор С, Шекмар Заказ 495 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! Кол 2 ОП 8f шения технологичности настройки, в него введен регулируемый задатчик кода, соединенный с входами предустановки счетчика.
