Множество резистивных датчиков для масс расходомера с кориолисовым эффектом

 

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров материалов, протекающих через трубопровод. Техническим результатом является повышение точности измерения и минимизация количества проводников, необходимых для измерения. Множество датчиков соединены последовательно, и измеряется напряжение в каждом узле в последовательном соединении датчиков. Переключающее устройство затем открывается, чтобы отключить один из датчиков от напряжения питания, позволяя выполнить измерение сопротивления проводника между температурными датчиками и удаленным преобразователем. Измеренные сопротивления датчиков затем компенсируются измеренным сопротивлением проводника, чтобы получить компенсированное на длину проводника сопротивление для каждого из множества резистивных датчиков. 2 с. и 14 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к аппаратуре для использования более чем одного резистивного датчика на кориолисовом масс расходомере. Более конкретно это изобретение относится к схеме для использования более чем одного температурного датчика на кориолисовом масс расходомере при минимизации количества проводников, необходимых между элементом расходомера и преобразователем расходомера.

ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ Известно использование масс расходомеров с кориолисовым эффектом, чтобы измерять поток массы и другую информацию о материалах, протекающих через трубопровод, как описано в патенте США 4491025, опубликованном Дж. Е. Смитом и др. 1 января 1985 г. и зарегистрирован 31.450 Дж. Е. Смиту 11 февраля 1982 г. Эти расходомеры имеют одну или более напорных труб изогнутой или прямой конфигурации. Каждая конфигурация напорной трубы в кориолисовом масс расходомере имеет набор собственных режимов вибрации, которые могут быть изгибающего, скручивающего, радиального или смешанного типа. Каждая напорная труба возбуждается, чтобы колебаться в резонанс с одним или более из этих собственных режимов. Собственные режимы вибрации колебаний заполненной материалом системы определяются частично общей массой напорных труб и материала в этих напорных трубах. Материал течет к расходомеру из присоединенного трубопровода на входной стороне расходомера. Материал затем направляется через напорную трубу или трубы и выходит из расходомера к трубопроводу, присоединенному к выходной стороне.

Возбудитель прикладывает усилие, чтобы заставить колебаться напорную трубу. Когда нет потока через расходомер, все точки вдоль напорной трубы колеблются с одинаковой фазой. Когда материал начинает течь, кориолисовы ускорения заставляют каждую точку вдоль напорной трубы иметь разную фазу относительно другой точки вдоль напорной трубы. Фаза на входной стороне напорной трубы отстает от возбудителя, в то время как фаза на выходной стороне опережает возбудитель. Считывающие датчики помещаются на напорной трубе, чтобы создавать синусоидальные сигналы, представляющие движение напорной трубы. Считывающие датчики могут быть датчиками положения, скорости или ускорения. Разность фаз между двумя сигналами считывающих датчиков пропорциональна скорости потока массы материала, протекающего через напорную трубу или трубы.

Поток жидкости через напорную трубу создает лишь небольшую разность фазы порядка нескольких градусов между входным и выходным концами вибрирующей напорной трубы. Выраженная с точки зрения разности по времени измерения разность фаз, созданная потоком жидкости, имеет порядок от десятков микросекунд до наносекунд. Обычно коммерческие измерения скорости потока должны иметь погрешность меньше 1%. Поэтому кориолисов расходомер должен быть сконструированы уникальным образом, чтобы точно измерять эти слабые разности фаз.

Вибрационные характеристики вибрирующей структуры кориолисова расходомера изменяются с изменением температуры. Вибрирующая напорная труба (трубы) обычно изготовляется из металлического материала, имеющего модуль Юнга, который изменяется с температурой. Для того чтобы поддерживать высокую точность измерения, обычно измеряется температура вибрирующей структуры и производится компенсация изменения в модуле Юнга с изменениями температуры.

Система кориолисова расходомера состоит из двух компонентов: элемента расходомера и преобразователя. Элемент расходомера есть действующий датчик, содержащий вибрирующую трубу (трубы), через которую протекает жидкость, в то время как преобразователь есть устройство обработки сигнала, которое принимает и обрабатывает сигналы от элемента расходомера. Электрические соединения между элементом расходомера и преобразователем выполнены по многопроводному кабелю. Экранированный кабель состоит из экранированной пары проводов для подачи сигнала возбуждения к формирователю, второй и третьей экранированных пар проводов для передачи сигналов от считывающих датчиков и экранированной тройки проводов для передачи сигнала от температурного датчика, расположенного на вибрирующей напорной трубе. Обычно используется трехпроводный температурный датчик, поскольку это позволяет компенсировать сопротивление в кабеле между элементом расходомера и преобразователем расходомера. Этот 9-проводный кабель не является стандартным кабелем в производстве промышленности управления. Таким образом, каждый раз, когда кориолисов расходомер устанавливается с использованием преобразователя, установленного в удалении от элемента расходомера, должен быть проложен нестандартный кабель (9-проводный кабель кориолисова расходомера) между элементом расходомера и преобразователем. Это создает дополнительные затраты для пользователя кориолисова расходомера.

По мере того как технология кориолисова расходомера совершенствуется, требования обслуживания и изменения в геометрии вибрирующей напорной трубы (труб) привели к необходимости производить измерения температуры во многих точках на элементе расходомера. Могут потребоваться измерения температуры вибрирующей структуры, например, напорной трубы (труб), и измерение температуры не вибрирующей структуры. Альтернативно может потребоваться измерение температуры влажной части вибрирующей структуры и измерение температуры сухой части вибрирующей структуры. В любом случае, когда используется более одного температурного датчика в существующих конструкциях кориолисова расходомера, требуются дополнительные проводники к тем имеющимся в 9-проводном кабеле, используемом с обычным кориолисовым расходомером. Кабель, содержащий более чем традиционные 9-проводов, является проблемой по нескольким причинам. Одна причина состоит в том, что даже существующий 9-проводный кабель стоит дорого. Использование кабеля с еще большим количеством проводов добавляет дополнительную стоимость для пользователей кориолисовых расходомеров. Поэтому какое бы количество температурных датчиков ни использовалось в данном расходомере, было бы выгодно минимизировать количество проводов. Для производителей кориолисовых расходомеров дополнительные проводники в кабеле также означают дополнительные разъемы как на элементе расходомера, так и на преобразователе. Это добавляет дополнительную стоимость к продукту и может также создать проблемы, если не имеется достаточного физического пространства для дополнительных разъемов. Это особенно справедливо для внутренне безопасных применений. Другая причина, почему добавление дополнительных проводов в кабеле является проблемой, является проблема совместимости. Производителям кориолисовых расходомеров потребуются дополнительные затраты и увеличится сложность, если разные типы моделей расходомеров потребуют различных кабелей. Также существует большое количество уже установленных кориолисовых расходомеров, использующих 9-проводные кабели, в которых новые конструкции расходомеров могли бы легко быть использованы, чтобы заменить старые расходомеры, если бы мог быть использован тот же самый кабель.

Существует потребность в конструкции кориолисова расходомера, которая обеспечивает множество температурных датчиков, в то же время минимизируя количество проводников между элементом расходомера и преобразователем. Существует дополнительная потребность в кориолисовом расходомере, применяющем два температурных датчика, который использует существующий 9-жильный кабель, обычно используемый с кориолисовыми расходомерами.

ИЗЛОЖЕНИЕ РЕШЕНИЯ Вышеприведенные и другие проблемы решаются с помощью способа и аппаратуры настоящего изобретения, которая содержит множество температурных датчиков, соединенных последовательно. Каждый температурный датчик обеспечивает отдельное считывание температуры, и также выполняется измерение сопротивления кабеля, чтобы позволить компенсацию сопротивления кабеля. Один из температурных датчиков периодически выключается из последовательного включения с другими температурными датчиками, и выполняется измерение сопротивления кабеля. Когда настоящее изобретение используется с двумя температурными датчиками, тот же самый 9-жильный кабель, используемый существующей конструкцией с одним температурным датчиком, используется для измерения двух температур. Когда настоящее изобретение используется с более чем двумя температурными датчиками, требуется минимальное количество проводов по сравнению с существующими конструкциями кориолисова расходомера.

Существующие конструкции кориолисовых расходомеров требуют один провод для каждого вывода резистивного температурного датчика и, по меньшей мере, одного дополнительного провода, так чтобы сопротивление кабеля могло бы быть измерено и компенсировано. Согласно настоящему изобретению, множество температурных датчиков соединено последовательно и только узловые точки последовательного соединения требуют проводов. Никакой дополнительный провод не требуется для измерения сопротивления кабеля. Один из температурных датчиков периодически выключается из последовательного соединения, так что никакой ток не протекает через этот температурный датчик. Тогда возможно измерение напряжения на самом одном проводнике, обеспечивая таким образом измерение сопротивления кабеля.

Множество температурных датчиков расположены последовательно. Количество требуемых проводов (для измерения температуры) между элементом расходомера (где расположены температурные датчики) и преобразователем равно 1 плюс количество температурных датчиков. Устройство коммутации, расположенное в преобразователе, может работать так, чтобы отключать один конец последовательного соединения температурных датчиков от электропитания преобразователя. Это гарантирует, что никакой ток не протекает через температурный датчик на разъединенном конце последовательного соединения. Таким образом, напряжение, измеренное в передатчике на разъединенном температурном датчике, по сравнению с напряжением, измеренном в преобразователе на эталонном сопротивлении, обеспечивает измерение сопротивления в проводнике между преобразователем и отключенным температурным датчиком. Это сопротивление кабеля затем вычитается из измерений сопротивления, полученных от температурных датчиков. Сопротивление проводников между преобразователем и элементом расходомера изменяется с температурой. В среде, где температура не изменяется быстро, измерение сопротивления кабеля может производиться нечасто, например, каждые 10 минут. В среде, где температура изменяется быстро, измерение сопротивления кабеля может производиться более часто, например, каждые 30 секунд. Хотя измеряется сопротивление одного провода, все провода имеют одинаковую длину и одинаковый размер и заключены в одном кабеле. Таким образом, сопротивление одного проводника подобно, если не идентично, сопротивлению других проводников кабеля.

Настоящее изобретение обеспечивает множество измерений температуры с компенсацией длины кабеля, используя минимальное количество проводов. В случае двух температурных датчиков необходимы только три провода, чтобы выполнить два отдельных измерения температуры и компенсировать длину кабеля. Таким образом, существующий 9-жильный кабель, широко используемый с кориолисовыми масс расходомерами, может обеспечить два измерения температуры.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Фиг.1 есть поперечное сечение кориолисовой системы потока массы с прямой трубой, использующей два температурных датчика.

Фиг. 2 есть схема одного примерного воплощения для схемы однотемпературного датчика, как используемый в известных кориолисовых системах потока массы.

Фиг.3 есть схема одного примерного воплощения для схемы датчика двух температур согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 есть более подробная схема для датчика двух температур согласно настоящему изобретению.

Фиг.5 есть блок-схема, изображающая шаги обработки, управляемые микропроцессором, чтобы определить температуру множества температурных датчиков согласно настоящему изобретению.

Фиг. 6 есть схематическое изображение схемы температурного датчика согласно настоящему изобретению, которая применяет три температурных датчика.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Система кориолисова расходомера - в общем - фиг.1.

Фиг. 1 показывает систему кориолисова расходомера 5, содержащую кориолисов измерительный элемент 10 и преобразователь 20. Преобразователь 20 присоединен к измерительной сборке 10 через многожильный кабель 100. Преобразователь 20 обеспечивает плотность, скорость потока массы, скорость потока объема и данные температуры через тракт 26 к средству использования (не показано). Описывается структура кориолисова расходомера, хотя опытным специалистам ясно, что настоящее изобретение может быть применено в соединении с измерителем плотности с вибрирующей трубой без дополнительной измерительной возможности, обеспечиваемой кориолисовым масс расходомером.

Измерительный элемент 10 включает пару фланцев 101 и 101', трубопроводы 102 и 102'. Жидкость поступает в измерительный элемент 10 через один из фланцев 101 или 101' и проходит через напорную трубу 103, покидая элемент потока 10 через другой фланец 101 или 101'. Напорная труба 103 окружена балансовой трубой 104. Напорная труба 103 присоединена к балансовой трубе 104, а балансовая труба 104 присоединена к концам кожуха 105 и 105'. Концы кожуха 105 и 105' образуют конец кожуха 106. Фиг.1 иллюстрирует прямую напорную трубу 103. Опытные специалисты определят, что настоящее изобретение может быть применено к системе расходомера, имеющей напорную трубу любой геометрии. Также в настоящем изобретении может быть применен элемент потока, имеющий множество напорных труб, через которые протекает жидкость.

Возбудитель 107 присоединен к балансовой трубе 104 в средней точке балансовой трубы 104. Считывающие датчики 108 и 108' присоединены к балансовой трубе 104 и напорной трубе 103. В одном воплощении настоящего изобретения каждый из считывающих датчиков 108 и 108' содержит катушку, присоединенную к балансовой трубе 104, и магнит, присоединенный к напорной трубе 103, и сформированный, чтобы двигаться в магнитном поле, генерированном, когда периодический сигнал приложен к катушке. Опытные специалисты поймут, что считывающие датчики любой конструкции, например измерители ускорения или потенциометры, могут быть использованы и что описанные датчики скорости являются просто примерными.

Противобаланс 115 присоединен к балансовой трубе 104 диаметрально противоположно возбудителю 107. Масса противобаланса 115 определяется плотностью ожидаемой обрабатываемой жидкости, которая должна измеряться системой 5. Датчик температуры напорной трубы 109 присоединен к напорной трубе 103, и датчик температуры балансовой трубы 110 присоединен к балансовой трубе 104.

Кабель 100 состоит из проводника 111, который подает сигнал возбуждения от преобразователя 20 к возбудителю 107, проводников 112-113, которые подают считываемые сигналы от левого и правого считывающих датчиков к преобразователю 20, соответственно, и проводника 114, который подает информацию температурного датчика к преобразователю 20. Проводники 111-113 в действительности каждый является двухпроводным, а проводник 114 в действительности содержит три отдельных провода, означая, что кабель 100 содержит 9 проводов.

Работа преобразователя 20, чтобы получить скорость потока массы, скорость потока объема и информацию о плотности, хорошо известна специалистам в области измерения потока и не составляет часть настоящего изобретения. Схема, включающая датчик температуры напорной трубы 109, датчик температуры балансовой трубы 110, проводник 114 и связанные цепи в преобразователе 20, образует основу для дальнейшего описания.

Специалистам известно, что кориолисова система расходомера 5 совершенно подобна плотномеру с вибрирующей трубой. Плотномеры с вибрирующей трубой также используют вибрирующую трубу, через которую протекает жидкость, или, в случае плотномера типа с отбором проб, в которой жидкость удерживается. Плотномеры с вибрирующей трубой также применяют систему возбуждения для возбуждения вибрации напорной трубы. Плотномеры с вибрирующей трубой обычно используют только один сигнал обратной связи, т.е. от одного считывания, поскольку измерение плотности требует только измерения частоты, а измерение фазы не требуется. Описания настоящего изобретения, приведенные здесь, одинаково применимы к плотномерам с вибрирующей трубой.

Однотемпературный датчик - фиг.2.

Фиг. 2 есть схематическое изображение для известной схемы измерения температуры. Фиг.2 иллюстрирует схему для измерения температуры на элементе расходомера 10, используя один температурный датчик 109. Со ссылкой на фиг.1 фиг. 2 является схемой, показывающей необходимые провода для использования только датчика температуры напорной трубы 109. Проводник 114, который является частью кабеля 100, состоит из трех проводов 201-203. Проводник 114 имеет экран, заземленный линией 210. Три провода 211-213 температурного датчика 109 присоединены к трем выводам 204-206 на элементе расходомера 10. Проводники 201-203 присоединены к выводам 204-206 с одного конца и к выводам 207-209 на преобразователе 20 своими соответствующими другими концами. Каждый из проводников 201-203 имеет сопротивление проводника, отмеченное как R_с на каждом из проводников 201-203. Проводники 201-203 существенно равны по длине и размеру, так что их соответствующие сопротивления представлены как равные. Хотя сопротивление R_с в каждом из проводников 201-203 одинаково, сопротивление R_с не фиксировано. Величина сопротивления R_с определяется длиной кабеля 100 и температурой кабеля 100. Для данной установки длина кабеля 100 фиксирована, хотя это бывает редко, даже если она известна, когда система расходомера 5 калибруется на заводе. Температура, однако, изменяется по времени в данной установке. Таким образом, сопротивление R_с изменяется и должно быть скомпенсировано в измерении температуры температурным датчиком 109.

Напряжение подается эталоном напряжения через питающее сопротивление R_sup. В этом примере показано эталонное напряжение 5В, хотя может быть использовано любое эталонное напряжение. Сопротивление R_sup, эталонное сопротивление R_ref, сопротивление смещения R_off выбраны так, чтобы напряжение (U₃-U₂) на нормально работающем температурном датчике 109 не превосходило напряжение включения диода D₁. Подобным образом для диода D₂. Температурный датчик 109 представляет собой типовой трехпроводный резистивный детектор температуры. Температура, испытываемая температурным датчиком 109, измеряется путем определения сопротивления температурного датчика 109, компенсации этого сопротивления для сопротивления R_с и вставки этого значения сопротивления в стандартное уравнение, как это обсуждается ниже.

Следующее уравнение иллюстрирует измерения, выполненные в существующих системах кориолисовых расходомеров, чтобы измерить сопротивление температурного датчика 109: Уравнение 1 представляет разность между напряжением на температурном датчике 109 (U₃-U₂) и напряжением на сопротивлении R_с (U₂-U₁). Типовое Резистивное Температурное Устройство (РТУ) является "100 омным Ω резистором". 100 омный РТУ измеряется путем сравнения сопротивления РТУ (температурный датчик 109) с 100 омным эталонным сопротивлением (R_ref). Когда сопротивление РТУ известно, температура может быть вычислена с использованием характеристического уравнения для конкретного типа РТУ. Производители РТУ дают соответствующее характеристическое уравнение для каждого РТУ. Уравнение 2 есть примерное характеристическое уравнение РТУ. Величина, определенная при решении Уравнения 1, вставляется в уравнение 2, чтобы определить температуру, испытываемую температурным датчиком 109 Каждый тип РТУ имеет уникальное характеристическое уравнение, такое как Уравнение 2. Вышеприведенный пример дан для Heraeus 1PT100FKG 430. 4-18-т-З.

Таким образом известные системы кориолисовых расходомеров измеряют температуру напорной трубы. Заметьте, что проводник 203 предназначен для полновременной задачи обеспечения средства для измерения сопротивления (R_с) кабеля.

Двухтемпературные датчики - фиг.3.

Фиг. 3 иллюстрирует схему согласно настоящему изобретению для измерения температуры в двух местоположениях на кориолисовом масс расходомере. Схема с фиг. 3 подобна схеме с фиг. 2, кроме того, что имеются два температурных датчика 109-110 и полевой транзистор (ПТ) F₀ для отключения температурного датчика 110 от эталонного напряжения 5 В. Заметьте также, что напряжение U₃ измеряется со стороны ПТ F₀, присоединенной к температурному датчику 110. Температурные датчики 109-110 имеют сопротивления R₁₀₉-R₁₁₀, соответственно, которые изменяются согласно температуре, которой подвергается каждый датчик.

Управляющая линия 307 присоединена к микропроцессору (не показан на фиг. 3) и определяет, когда ПТ F₀ открыт, а когда ПТ F₀ закрыт. Когда ПТ F₀ закрыт, ток протекает от эталонного напряжения 5 В, через ПТ F₀ и проводник 308 (который имеет сопротивление R_c), через температурные датчики 110 и 109, и обратно к преобразователю 20 через проводник 310 (который имеет сопротивление R_c). Протекание тока продолжается через R_ref и R_off к заземлению. В этом примере R_ref есть сопротивление 100 Oм. Когда ПТ F₀ закрыт, делаются следующие вычисления:

Уравнение 3 используется для вычисления сопротивления температурного датчика 110 (R₁₁₀) плюс сопротивление проводника 308 (R_с). Уравнение 4 используется для вычисления сопротивления температурного датчика 109 и проводника 310 (R_с). Результаты уравнений 3 и 4 не могут быть непосредственно вставлены в уравнение 2 для определения температур, потому что в эти результаты уравнений 3 и 4 каждый включает величину сопротивления, равную сопротивлению кабеля R_с. Периодически выполняется измерение сопротивления проводника R_с путем открывания ПТ F₀ и выполнения измерений и вычислений, как описано ниже. При открытом ПТ F₀ ток протекает через диод D₁, через проводник 309 (имеющий сопротивление R_с) и температурный датчик 109 и обратно на землю через проводник 310 (имеющий сопротивление R_с), эталонное сопротивление R_ref и сопротивление смещения R_off. Когда ПТ F₀ открыт, делаются следующие вычисления:


Поскольку нет тока, протекающего через температурный датчик 110, когда ПТ F₀ открыт, напряжение (U₂-U₃) представляет падение напряжения благодаря только протеканию тока через проводник 309, имеющий сопротивление _c. Когда это напряжение делится на напряжение на эталонном сопротивлении R_ref, а результат умножается на величину эталонного сопротивления R_ref (100 Ом), получается величина сопротивления R_c. Как было отмечено выше, проводники 308-310 все имеют существенно равную длину и сечение и все подвергаются действию одной и той же температуры, так что делается предположение, что измеренное сопротивление одного из проводников равно сопротивлению каждого из остальных проводников. В одном воплощении настоящего изобретения результат уравнения 5 вычитается из результатов уравнений 3 и 4, чтобы определить сопротивление температурного датчика 110 и температурного датчика 109, соответственно. Эти величины затем вставляются, одна каждый раз, в качестве величины 'РТУ' в уравнение 2, чтобы определить температуру, которой подвергается каждый из температурных датчиков.

В другом воплощении настоящего изобретения выполняется дополнительное вычисление, чтобы обеспечить вторую оценку R_c, и две величины R_c берутся в среднем вместе, чтобы определить величину R_c, используемую, как описано выше. Результат уравнения 4 вычитается из результата уравнения 6, оставляя оценки сопротивления проводника 109 (R_c). Таким образом, в этом воплощении R_c вычисляется следующим образом:

Этот способ определения сопротивления R_c более точен, чем просто использование результата уравнения 5, потому что уравнение 7 использует среднее значение двух разных измерений сопротивления проводника 109. Эта средняя величина R_c, полученная из уравнения 7, затем вычитается из уравнений 3 и 4, чтобы получить величины сопротивлений для температурных датчиков 110 и 109, соответственно.

Двухтемпературные датчики и преобразователь 20 - фиг.4 и 5.

Элементы, общие между этими фигурами, отмечены общими ссылочными номерами. Фиг. 4 иллюстрирует схему с фиг.3 в соединении с необходимыми поддерживающими и управляющими цепями преобразователя 20. Управляющая линия 307, которая управляет работой ПТ F₀, присоединена к управляющему выходу 412 микропроцессора 409. Микропроцессор 409 конфигурирован так, чтобы периодически переключать ПТ F₀ в открытое состояние, как описано выше. В одном воплощении настоящего изобретения ПТ F₀ переключается в открытое состояние примерно на 0,8 секунды каждые 10 минут, чтобы выполнить необходимое измерение R_с. ПТ F₀ представляет собой переключающийся прибор. Опытные специалисты поймут, что любой подходящий переключающийся прибор, такой как транзистор, но не ограничивающийся этим, может быть использован вместо ПТ F₀. Буферные сопротивления 414-418 гарантируют, что сама схема преобразователя 20 не будет влиять на измерения сопротивления температурных датчиков 109-110. В одном воплощении сопротивления 414-418 имеют величину 10 кОм, а сопротивления R_sup, R_ref и R_off имеют величину 1,74 кОм, 100 Ом и 3,01 кОм, соответственно. Эталонное сопротивление R_ref имеет высочайшую точность, например, в пределах 1% и 10 миллионных частей на один градус Цельсия.

Четыре напряжения U₀-U₃ измеряются на входах I₀-I₃, соответственно, мультиплексора 401. Мультиплексор 401 переключается между входами I₀-I₃, чтобы получать одно из напряжений U₀ - U₃ за каждый раз на выходе 403. Уровень напряжения на выходе 403 передается по линии 404 к напряжению к преобразователю частоты ("Н/Ч") 406. Н/Ч 406 преобразует напряжение, поступающее на вход 405, в соответствующую частоту, выдаваемую на выходе 407. Частота на выходе 407 передается по линии 408 к микропроцессору 409 и считывается на частотном входе 410 микропроцессора 409. Работа мультиплексора 401 управляется сигналом по каналу 420 от управляющего выхода 411 микропроцессора 409, чтобы последовательно подавать каждое напряжение U₀-U₃ на выход 403. Микропроцессор 409 получает частоту, представляющую каждое измерение напряжения, на входе 410 и запоминает величину для каждой частоты в памяти 419. Центральный процессор ("ЦП") 421 затем использует значения, записанные в памяти 419, чтобы вычислять все уравнения от 3 до 7, для получения выходного сигнала на канале 413 для температуры, которой подвержен температурный датчик 109, и температуры, которой подвержен температурный датчик 110. Микропроцессор 409 есть один из коммерчески доступных микропроцессоров, таких как МС68НС705С9А - CFN, выпускаемый фирмой Motorola. Работа таких микропроцессоров для выполнения вышеописанных задач и вычислений хорошо известна специалистам.

Фиг.5 есть блок-схема, иллюстрирующая шаги процесса, выполняемые микропроцессором 409, чтобы выдать значения температуры для температурных датчиков 109-110. Обработка начинается у элемента 500 и переходит к шагу 501. Во время шага 501 эталон напряжения подается на последовательное соединение множества температурных датчиков. Со ссылкой на фиг.4, включается эталон напряжения 5 В, если он еще не был включен, и ПТ F₀ закрывается во время шага 501. Обработка затем переходит к шагу 502.

Во время шага 502 измеряется напряжение на каждом узле последовательного соединения температурных датчиков. Например, посылается подходящий управляющий сигнал, чтобы управлять входом 402 мультиплексора 401, чтобы последовательно переключать напряжения U₀-U₃ к Н/Ч 406. Как описано выше со ссылкой на фиг. 4, микропроцессор 409 подсчитывает частоту, соответствующую каждому из напряжений U₀-U₃ и запоминает соответствующее значение в памяти 419. Обработка затем переходит к шагу 503.

Во время шага 503 определяется сопротивление каждого температурного датчика. Конечно, с измерениями, выполненными до сих пор, сопротивление каждого температурного датчика также включает сопротивление проводника, через который измерялись необходимые напряжения. Вычисления, выполняемые во время шага 503, соответствуют уравнениям 3 и 4, описанным выше. Обработка затем продолжается к шагу 504.

Во время шага 504 открывается переключатель, чтобы отключить один конец последовательного соединения температурных датчиков от эталонного напряжения. Со ссылкой к схеме с фиг.4, F₀ открывается в ответ на управляющий сигнал на канале 307 от управляющего выхода 412 микропроцессора 409. Обработка затем продолжается к шагу 505.

Во время шага 505 измеряется напряжение на каждом узле последовательного соединения температурных датчиков. Например, соответствующий управляющий сигнал посылается на управляющий вход 402 мультиплексора 401, чтобы последовательно переключать напряжения U₀-U₃ к Н/Ч 406. Как было описано выше относительно фиг. 4, микропроцессор 409 подсчитывает частоту, соответствующую каждому из напряжений U₀-U₃, запоминает соответствующее значение в памяти 419. Обработка затем переходит к шагу 506.

Во время шага 506 измеряется сопротивление на одном из проводников, чтобы разрешить последующую компенсацию сопротивления проводника. В примере на фиг.4 сопротивление проводника определяется с использованием либо одного вычисления уравнения 5, либо вычислений уравнений 5-7, чтобы определить среднее значение для R_c. Обработка затем продолжается к шагу 507.

Во время шага 507 величина R_c, вычисленная во время шага 506, вычитается из сопротивления температурного датчика, вычисленного во время шага 503. Этот шаг генерирует значение компенсационного сопротивления для каждого последовательно соединенного температурного датчика. Обработка затем переходит к шагу 508.

Во время шага 508 каждое из компенсационных значений сопротивления датчика преобразуется в температуру, используя, например, характеристическое уравнение, такое как уравнение 2. Форма уравнения 2 зависит от действительной модели температурного датчика и поставляется производителем температурного датчика. Обработка затем завершается элементом 509.

N температурных датчиков - фиг.6.

Фиг. 6 изображает схему, использующую третий температурный датчик R_N, который присоединен к преобразователю 20 через проводник 601, имеющий сопротивление R_с. R_N может быть, например, температурным датчиком, прикрепленным к кожуху 106 на фиг.1. При запертом ПТ F₀ измеряются напряжения U₀-U₃ и U_N. Затем выполняются следующие вычисления, чтобы определить сопротивления температурных датчиков и проводников:



Заметьте, что в случае уравнения 10 сопротивление температурного датчика 109 измеряется непосредственно без какой-либо составляющей сопротивления проводника. Однако, чтобы определить сопротивление температурного датчика 110 и температурного датчика R_N, необходима дополнительная обработка. ПТ F₀ открывается управляющим сигналом по каналу 307. Измеряются напряжения U₀-U₃ и U_N и выполняются следующие вычисления, чтобы определить сопротивление проводника:

Уравнение 11 обеспечивает непосредственное измерение сопротивления R_c проводника 309. Как было описано выше, среднее значение сопротивления проводника R_ср может быть получено с помощью дополнительных вычислений следующим образом:


Уравнение 12 включает сопротивление температурного датчика ₁₀₉. Таким образом, получается среднее значение R_ср для сопротивления проводника 309. Как было отмечено выше, предполагается, что каждый из проводников 308-310 и 601 имеют такое же сопротивление, поскольку они существенно такой же длины и размера и подвержены существенно той же температуре. R_ср затем вычитается из уравнения 8 и уравнения 10, чтобы получить компенсационные величины для R₁₁₀ и R_N, соответственно. Как было отмечено, R₁₀₉ измеряется непосредственно.

Фиг. 6 и связанные вычисления уравнений 8-13 иллюстрируют, что настоящее изобретение применимо к любым температурным датчикам путем размещения N датчиков последовательно и обеспечения переключателя для отключения одного из датчиков от напряжения питания, чтобы обеспечить измерение сопротивления проводника.

Хотя настоящее изобретение было описано относительно резистивных температурных датчиков, опытным специалистам будет понятно, что любой тип резистивного датчика может быть использован вместо температурного датчика. Например, можно использовать датчик деформаций, который показывает деформацию в форме переменного сопротивления, вместо одного или более температурных датчиков, описанных здесь. Настоящее изобретение может быть применено, используя любой датчик, который показывает состояние путем изменения в сопротивлении. Сущность настоящего изобретения в равной степени применима к любой такой конфигурации.

Должно быть понятно в высшей степени, что заявляемое изобретение не ограничивается описанием предпочтительного воплощения, но включает другие модификации и изменения, находящиеся в рамках концепции изобретения и соответствующие его сущности.

Формула изобретения

1. Схема измерения состояния для измерения состояния резистивно-компенсированного проводника для каждого из резистивных датчиков, соединенных последовательно, содержащая датчик для использования в вибрирующей трубе измерительного устройства, которое выполнено с возможностью измерения параметров протекающего в трубе материала, при этом датчик содержит множество резистивных датчиков, соединенных последовательно и имеющих первый и второй концы, при этом каждый резистивный датчик имеет резисторный детектор состояния, при котором резистивный датчик обладает чувствительностью, первый проводник, соединенный с одним концом датчика, второй проводник, соединенный с другим концом датчика, для соединения датчика с землей через эталонное сопротивление, по меньшей мере, один дополнительный проводник, при этом этот проводник или каждый дополнительный проводник, соединенный в узловой точке между соответствующей парой соседних резистивных датчиков, соединенных вместе последовательно, каждый из первого, второго, и, по меньшей мере, одного дополнительного проводников имеют сопротивление проводника, и преобразователь, содержащий переключающийся прибор для выборочного включения или отключения от эталонного напряжения одного конца датчика через первый проводник, средство измерения сопротивления проводников, содержащее мультиплексор, напряжение на выходе которого, передается на преобразователь частоты и микропроцессор, который управляет мультиплексором, выполнено с возможностью присоединения к первому проводнику и размещения с возможностью измерения сопротивления первого проводника, когда эталонное напряжение выборочно отключается от одного конца датчика при помощи переключающегося прибора, при этом вышеуказанное средство измерения сопротивления проводников выполнено с возможностью соединения со вторым и, по меньшей мере, одним дополнительным проводником и размещения с возможностью измерения соответствующего сопротивления датчика для каждого резистивного датчика, когда эталонное напряжение выборочно включается к одному концу датчика, причем микропроцессор выполнен с возможностью получения частоты, представляющей изменение напряжения и запоминания величины для каждой частоты в памяти, при этом центральный процессор выполнен с возможностью использования значений, записанных в памяти, и получения выходного сигнала на канале для температур, для резистивных датчиков.

2. Схема измерения по п. 1, в которой один из резистивных датчиков является температурным датчиком и состояние, которое измеряет схема, является температурой.

3. Схема измерения по п. 1, в которой средство измерения сопротивления проводников выполнено с возможностью периодического переключения переключающегося прибора в открытое состояние и отключения эталонного напряжения от первого конца датчика, средство для измерения напряжения проводника между одним концом датчика и дополнительным проводником, реагирующим на эталонное напряжение, которое отключается от датчика, средство для измерения эталонного напряжения на эталонном сопротивлении и средство сравнения для сравнения напряжения на проводнике с эталонным напряжением и определения сопротивления проводника.

4. Схема измерения по п. 3, в которой средство сравнения содержит средство для деления напряжения на проводнике на упомянутое эталонное напряжение и получения отношения напряжений и средство для умножения упомянутого отношения напряжений на эталонное значение, где упомянутое эталонное значение есть величина в омах упомянутого эталонного сопротивления.

5. Схема измерения по п. 4, в котором эталонное значение равно 100 Ом.

6. Схема измерения по п. 1, в котором, по меньшей мере, один дополнительный проводник имеет первый конец, соединенный с узлом, и второй конец, присоединенный к преобразователю.

7. Схема измерения по п. 6, в которой средство измерения сопротивления проводников содержит мультиплексор для измерения напряжения на первом датчике между одним концом датчика и вторым концом дополнительного проводника, средство для измерения эталонного напряжения на эталонном резисторе, микропроцессор, выполненный с возможностью сравнения напряжения первого датчика и эталонного напряжения для определения сопротивления первого датчика, в котором сопротивления первого датчика включает сопротивления одного первого из резистивных датчиков у одного конца датчика и сопротивления первого проводника.

8. Схема измерения по п. 7, в которой средство сравнения содержит микропроцессор, выполненный с возможностью деления напряжения на первом датчике на упомянутое эталонное напряжение, с возможностью получения отношения напряжения первого датчика и возможностью умножения отношения напряжения первого датчика на эталонное значение, в котором эталонное значение есть величина в омах упомянутого эталонного сопротивления.

9. Схема измерения по п. 8, в которой упомянутое эталонное значение равно 100 Ом.

10. Схема измерения по п. 7, в которой средство измерения сопротивления проводников включает вышеуказанный микропроцессор, выполненный с возможностью измерения напряжения на втором датчике между вторым концом дополнительного проводника и второго проводника, с возможностью измерения эталонного напряжения на эталонном сопротивлении и возможностью сравнения упомянутого напряжения второго датчика с эталонным напряжением и определения сопротивления второго датчика, в котором сопротивление второго датчика включает сопротивление одного второго из резистивных датчиков, расположенного рядом с одним первым из резистивных датчиков, и сопротивление упомянутого второго проводника.

11. Схема измерения по п. 10, в которой микропроцессор выполнен также с возможностью деления напряжения на упомянутом втором датчике на упомянутое эталонное напряжение, получения отношения напряжений второго датчика, умножения отношения напряжений второго датчика на эталонное значение, в котором упомянутое эталонное значение есть величина в омах упомянутого эталонного значения.

12. Схема измерения по п. 11, в которой упомянутое эталонное значение равно 100 Ом.

13. Схема измерения по п. 10, в которой средство определения включает первое средство вычитания упомянутого сопротивления проводника из сопротивления первого датчика, для определения значения компенсационного сопротивления первого датчика, второе средство вычитания упомянутого сопротивления проводника из упомянутого сопротивления второго датчика, для определения компенсационного сопротивления второго датчика, и средство для преобразования упомянутого компенсационного сопротивления первого датчика и упомянутого компенсационного сопротивления второго датчика в первое и второе значение температур соответственно.

14. Схема измерения по п. 11, в которой средство измерения сопротивления проводников выполнено с возможностью периодического включения переключающегося прибора в открытое состояние и отключения эталонного напряжения от одного конца датчика, средство для измерения первого напряжения между вторым концом дополнительного проводника и вторым концом второго проводника, реагирующего на датчик, который отключается от эталонного напряжения при помощи переключающегося прибора, средство для измерения первого эталонного напряжения вдоль эталонного сопротивления, реагирующего на датчик, отключенный от эталонного напряжения при помощи переключающегося прибора, средство для сравнения первого напряжения с упомянутым первым эталонным напряжением, для определения сопротивления первого датчика, в котором сопротивление первого датчика включает сопротивление одного из резистивных датчиков, сопротивление дополнительного проводника и сопротивление второго проводника, средство для измерения второго напряжения между вторым концом дополнительного проводника и вторым концом второго проводника, реагирующего на датчик, подключенный к эталонному напряжению при помощи переключающегося прибора, средство для измерения второго эталонного напряжения на упомянутом эталонном сопротивлении, когда датчик присоединен к эталонному напряжению, средство для сравнения второго напряжения со вторым эталонным напряжением для определения сопротивления второго датчика, в котором сопротивление второго датчика включает сопротивление одного из резистивных датчиков и сопротивление второго проводника, средство, реагирующее на сопротивление первого датчика и сопротивление второго датчика и сопротивление проводника для вычисления среднего сопротивления проводника.

15. Схема измерения по п. 14, в котором вычислительное средство включает средство для вычитания сопротивления второго датчика из сопротивления первого датчика, выполненное с возможностью получения приблизительно вычисленного сопротивления проводника, средство для добавления упомянутого сопротивления проводника к приблизительно вычисленному сопротивлению проводника и деления на два, с возможностью получения упомянутого среднего сопротивления проводника.

16. Способ измерения сопротивления проводника из проводников, соединенных с n резистивными датчиками, соединенными последовательно для определения сопротивления проводника, компенсирующего условие для каждого из n резистивных датчиков, способ заключается в том, что отключают проводник, соединенный с одним первым из n резистивных датчиков от приложенного напряжения и измеряют напряжение на проводнике в ответ на отключение напряжения питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6