Вибрационный преобразователь расхода

 

Использование: в приборостроении, в частности при измерении массового расхода потоков веществ. Сущность изобретения: вибрационный преобразователь расхода содержит первичный преобразователь 1, блок стабилизации амплитуды колебаний 5, два формирователя импульсов 6 и 7, два триггера 8,13, генератор высокой частоты 9, два делителя частоты 10, 16, три счетчика импульсов 11,12 и 17, два элемента 14 и 15, регистр 18 и выходную шину 19. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при измерении массового расхода потоков вещества в нефтяной, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен вибрационный преобразователь расхода, содержащий защемленный в корпусе упругий патрубок, сообщающийся в месте защемления с контролируемой средой, адаптер, соединенный через преобразователь частот с входом преобразователя напряжение частоты, с входом блока АРУ, с первым входом логометрического преобразователя напряжения в частоту и с первым входом усилителя и входом преобразователя ток-напряжение, блок АРУ, подключенный к выходу задатчика установки и второму входу усилителя и дополнительно делитель и блок вычитания, подключенный первым входом к выходу преобразователя ток напряжение, вторым входом через делитель к выходу адаптера, а выходом к логометрическому преобразователю напряжения в частоту (1).

Наиболее близким аналогом изобретения является вибрационный преобразователь, выполненный на двух укрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводах с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и первым и вторым узлами съема сигнала, элемент неравнозначности, первый счетчик, последовательно соединенные генератор высокой частоты, делители и второй счетчик, триггер и выходной преобразователь, причем первый узел съема сигнала через последовательно соединение первый формирователь импульсов и блок стабилизации колебаний соединен с узлом возбуждения колебаний, выход второго узла съема сигнала через второй формирователь с блоком управления, выход блока гальванического разделения соединен с входом выходного преобразователя, первый вход триггера соединения с первым выходом блока управления и входом предварительной установки второго счетчика, соединенного выходом переполнения с вторым входом триггера, а входом сброса с инверсным выходом триггера, соединенного прямым выходом с входом блока гальванической разделения, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены с соответствующими входами элемента неравнозначности, соединенного с входом разрешения первого счетчика, соединенного счетным входом с выходом генератора высокой частоты, входом сброса со вторым выходом блока управления, а выходами с входами предварительной установки второго счетчика (2).

Недостатком аналога является низкая точность измерений.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в качестве величины, по которой судят о расходе, используется длительность импульса, пропорциональная временному сдвигу между сигналами съема. Однако указанный временной сдвиг является алгебраической суммой начального временного сдвига, обусловленного неодинаковой амплитудой колебаний сторон трубопроводов и различием формы сигналов с узлов съема сигнала, зависящих от материала и конструктивных размеров датчика, и временного сдвига, пропорционального массовому расходу измерений среды. Отсутствует компенсация начального временного сдвига, а более того происходит цифровое умножение временного сдвига на коэффицент порядка 40 и более, что проводит к соответствующему уменьшению точности измерений. Кроме того, в прототипе невозможно выделить или диапазон измерения без уменьшения точности, так как отсутствует возможность компенсации временного сдвига, соответствующего началу диапазона измерений.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерение расхода.

Это достигается тем, что в устройство введены второй триггер, первый элемент И, второй делитель частоты, третий счетчик импульсов, регистр и выходная шина, причем первый вход второго триггера соединен с выходом второго формирователя импульсов и вторым входом первого триггера, второй выход которого соединен с входом синхронизации записи второго счетчика импульсов, первый выход первого триггера соединен с вторым входом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов и входом установки в ноль первого импульсов, суммирующий вход которого соединен с выходом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом первого делителя частоты и входом второго делителя частоты, выход которого соединен с вычитающим входом третьего счетчика импульсов, вход синхронизации записи которого соединен с выходом обратного переноса второго счетчика импульсов и входом синхронизации записи регистра, входы которого соединены с выходами третьего счетчика импульсов, а выходы регистра соединены с выходной шиной.

На фиг. 1 предоставлена функциональная электрическая схема вибрационного преобразователя расхода; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Вибрационный преобразователь расхода содержит первичный преобразователь 1, включающий узел 2 возбуждения колебаний и узлы 3 и 4 съема сигнала, блок 5 стабилизации амплитуды колебаний, первый 6 и второй 7 формирователи импульсов, первый триггер 8, генератор 9 высокой частоты, делитель 10 частоты, первый 11 и второй 12 счетчики импульсов, второй триггер 13, первый 14 и второй 15 элементы И, второй делитель 16 частоты, третий счетчик 17 импульсов, регистр 18, выходную шину 19.

На фиг. 2 изображены следующие диаграммы 20 и 21 сигналы на выходе узлов 3 и 4 съема 22 и 23 сигналы на выходе формирователей 6 и 7, 24 - сигнал на выходе триггера 13, 25 сигнал на выходе счетчика 11, 26 сигнал на выходе триггера 8, 27 и 28 сигналы на выходах счетчиков 12 и 17, 29 -сигнал на выходе регистра 18 и выходной шины 19.

Преобразователь работает следующим образом.

Узел 2 возбуждения колебаний, узел 3 съема сигнала, блок 5 и формирователь 6 образуют контур положительной обратной связи, возбуждающий колебания трубопроводов первичного преобразователя 1. При этом блок 5 стабилизирует амплитуду колебаний. Выходные сигналы узлов 3 и 4 (соответственно диаграммы 20 и 21 на фиг. 2) поступают на входы формирователей 6 и 7, где происходит их сравнение с опорным напряжением U_оп., и в 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 колебаниями трубопроводов, пропорциональный измеряемому расходу. Сигналы с выходов формирователей 6 и 7 поступают на триггер 13, на выходе которого формируются в каждом цикле измерений импульсный сигнал T_i (диаграмма 24). Величина T_i пропорциональна временному сдвигу между входными сигналами. С выхода триггера 13 сигнал подается на второй вход первого элемента И 14, разрешая прохождение импульсов с выхода генератора 9 высокой частоты через первый вход элемента И 14 на суммирующий вход первого счетчика II импульсов в течение времени T_i (диаграмма 25). По истечении времени T_i на выходе счетчика 11 фиксируется код N_i N_i T_i · f_o где f_o частота генератора 9.

Этот код N_i хранится в счетчике 11 до начала следующего цикла измерений. Одновременно с истечением времени T_i (по заднему фронту импульса с формирователя 7) производится установка триггера 8 в единичное состояние (диаграмма 26), разрешая тем самым прохождение импульсов с выхода генератора 9 через первый вход второго элемента И 15 на первый и второй детали 10 и 16 частоты, на которых установлены коэффициенты частотой f_а f_a=f_o · A, начинают поступать на вычитающей вход второго счетчика 12 импульсов, в котором записан код N_i -1 с выходов счетчика 11, являющийся результатом предыдущего цикла измерений (диаграмма 27). Одновременно с выхода делителя 16 частоты импульсы с частотой f_b f_b=f_o · B начинают поступать на вычитающий вход третьего счетчика 17 импульсов, в котором записан код C (диаграмма 28). Эти импульсы будут поступать на счетчик 17 в течение времени τ_i-1 определяемого значения кода N_i-1 и частоты f_a τ_i-1 = N_i-1:f_a, по истечении которого на выходе обратного переноса счетчика 11 появится импульс, который передним фронтом устанавливает триггер 8 в нулевое состояние, блокируя тем самым прохождение импульса с генератора 9 через второй элемент И 16 и делители 10 и 16 частоты на вычитающее входы счетчиков 12 и 17, и проводит запись кода зафиксированного на счетчике 17 по истечении времени τ_i-1 и равного
в регистр 19 (диаграмма 29), а задним фронтом производит запись кода N_i из счетчика 11 в счетчик 12 и установочного кода C в счетчик 17, подготавливая следующий цикл измерения.

Таким образом, после каждого цикла измерения на выходе регистра 18 (в изобретении используется инверсный выход регистра) и на выходной шине 19 устанавливается код Y_i-1 (диаграмма 29)

где T_i-1 величина временного сдвига между выходными сигналами в предыдущем цикле измерения.

Указанный временной сдвиг является алгебраической суммой начального временного сдвига, обусловленного неодинаковой амплитудой колебаний и различием формы сигналов с узлов 3 и 4 съема сигнала, и временного сдвига, пропорционального массовому расходу измеряемой среды. Подбором коэффициентов А, В и С и частоты f_o производят компенсацию начального сдвига. Таким образом, выходной код Y_i будет прямо пропорционален массовому расходу. Кроме того, подбором указанных коэффициентов и частоты можно изменять начало диапазона измерений и ширину диапазона, повышая тем самым точность измерения без проведения конструктивных изменений преобразователя.

Как показали результаты расчетов при использовании преобразователя расхода, обеспечивается достижение повышения точности расхода веществ до 0,25%

Формула изобретения

Вибрационный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, выполненный из двух закрепленных в корпусе с возможностью колебаний трубопроводах с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и первым и вторым узлами съема сигнала, блок стабилизации амплитуды колебаний, первый и второй фомирователи импульсов, первый триггер, генератор высокой частоты, первый делитель частоты, первый и второй счетчики импульсов, причем первый узел съема сигнала через последовательно соединенные первый формирователь импульсов и блок стабилизации амплитуды колебаний соединен с узлом возбуждения колебаний, выход второго узла съема сигнала соединен с вторым формирователем импульсов, выход первого делителя частоты соединен с вычитающим входом второго счетчика импульсов, входы предварительной установки которого соединены с выходами первого счетчика импульсов, а выход обратного переноса второго счетчика импульсов соединен с первым входом первого триггера, отличающийся тем, что в него введены второй триггер, первый и второй элементы И, второй делитель частоты, третий счетчик импульсов, регистр и выходная шина, причем первый вход второго триггера соединен с выходом второго формирователя импульсов и вторым входом первого триггера, второй выход которого соединен с входом синхронизации записи второго счетчика импульсов, первый выход первого триггера соединен с вторым входом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов и входом установки в ноль первого счетчика импульсов, суммирующий вход которого соединен с выходом первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом первого делителя частоты и входом второго делителя частоты, выход которого соединен с вычитающим входом третьего счетчика импульсов, вход синхронизации записи которого соединен с выходом обратного переноса второго счетчика импульсов и входом синхронизации записи регистра, входы которого соединены с выходами третьего счетчика импульсов, а выходы регистра соединены с выходной шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1