Цифровое измерительное устройство расходомера

 

(63) Дополнительное к ает. сеид-ay— (22) Заделеиоф03.74 (21) 2000687/18-10 с присоединением задеки Nо(23) Приоритет (51 М .,(„г

О 01 Г 1/60

Государственный комитет ссср по делаи изобретений и открытий (53) УДК 681.121

538 52 (088 8) С1публиковаиО 05.10.79. Бюллетень Hо 37

Дата опубликования описания 0520.79

A. A Мейстер, М. Я. Габерман и В. К. Карсен в

s. с

° р Г

Таллинский политехнический институт и Таллинский з авод измеритель ных приборов (7f) Заявители (54) ЦИФРОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РАСХОДОМЕРА

Изобретение касается измерения расхода, в част ности, электромагнитным расходомером.

Известны цифровые измерительные устройства расходомеров, содержащие тактовый генератор, источник компенсирующего напряжения, суммирующий узел, синхронный детектор, компаратор, счетчик импульсов (реверсивный), о цифро-аналоговый преобразователь и усилитель.

Однако они обладают низкой поме хоустойчивостью, так как цифровой код на выходе счетчика соответствует входному сигналу только в моменты наступления равновесия, а скорость слежения определяется частотой импульсов кварцевого генератора и не зависит от величины разбаланса. Кроме того, устройство содержит ряд сложных блоков, вносящих дополнительную погрешность измерения.

Цель изобретения - повыщение точности.

Для этого устройство снабжено двумя ключами, один из которых включен между тактовым генератором к суммирующим узлом и содержит вход, подключаемый к первичному преобразователю расходомера, B второй включен между входамн источника компенсирующего напряжения и введенного в устройство триггера компенсации, один из входов которого подключен через компаратор, введенный в устройство интегратор, синхронный детектор к суммирующему узлу, а другой - к тактовому генератору, и входами суммирующего узла, причем источник компенсирующего напряжения содержит вход, подключаемый к первичному преобразователю расходомера, и выход, подключенный к синхронному детектору, тактовому генератору, выход которого подключен к компаратору и логическому вентилю, выход которого подключен к счетчику импульсов, а вход - к триггеру компенсации, На фиг. 1 приведена схема пред" ложенного устройства; на фиг. 2 временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит источник 1 компенсирующего напряжения с меандровым выходом 2 сигнальным выходом

3, тактовый генератор 4 со входом 5, опросным выходом 6 и выходом цикла

7; первый ключ 8, второй ключ 9, 690298

7!7Ммирующий узел 10, синхронный детектор 11, интегратор 12, компара. тар 13, тактируемый триггер 14 компенсации, счетчик 15, счетный выход 16 источника компенсирующего напряжения; логический вентиль 17, преобразователь 18 расхода с основным выходом 19 и дополнительным выходом ?О, вход 21 источника компенсирующего напряжения.

На фиг. 2 U выходное напряже" ние интегратора 12, U„ - напряжение

Порога компаратора. 13, Т„ — время ,и змерен ия, Т в - вспомогательное в ре.мя, Т вЂ” полупериод переменной магнитной индукции преобразователя расхода.

Выходы источника компенсирующего напряжения и тактового генератора предназначены: меандровый выход 2 для получения прямоугольного напря = жения, совпадающего точно по Фазе с магнитной индукцией преобразователя расхода, он соединен со входом 5 тактового генератора 4 и опорным входом синхронного детектора 11, 25 сигнальный выход 3 - для получения переменного напряжения, пропорционального мгновенному значению магнитной индукции, ан соединен с сигнальным входом ключа 9. Амплитуда напряжения на сигнальном выходе далжиа быть не меньще максиМальной амплитуды измеряемого сигнала на входе устройства.

Счетный выход 16 используется для 35 палучения определенного числа карстких импульсов за каждый полупериод магнитной инцукции и соединен черсз логический вентиль 17 са входом счетчика 15. Опросный выход 6 тактового генератора 5 преднаэначей для получения сигнала опроса в момЕнты когда магнитная индукция пра хадит через нуль. дополнительно возможна подача сигнала опроса постоянно в течение вспомогательного времени, r.e. в перерывах между временными измерения. Опросный выход 6 соединен с тактовьм (опросным) входам триггера 14 компенсации.

Выход цикла 7 тактового т:енератора 5 определяет цикл рабаты и служит для управления работой измерительного устройства в целом. Он соединен с цепью ут равления ключа 8 и одним входам компаратора. Ос- 5$ новной выхоц преобразователя pa=. хода соединен через ключ 8, суммирующий узел 10, синхронный детектор 11 интегратор 12,, кампаратор 13 и тактируемый триггер 14 с цепями gg управления второго ключа 9 и логическага вентиля,: 17.

Кодированный выход устройства совокупность входных и выходных сигналов счетчика 15. 65

В начале каждого цикла работы (эа исключением первого) интегратор 12 разряжен, на выходе триггера

14 компенсации сигнал отсутствует и ключ 9 разомкнут, цикл работы устройства состоит из двух частей, длительность которых определена генератором 4 такта ° С началом первой части цикла (времени измерения Ти) постоянное напряжение на выходе 7 замыкает ключ 8 и смещает порог срабатывания компаратора

13 ат нуля (например, в сторону положительных напряжений U1, на диаграмме) . Ключ 8 пропускает входной сигнал от преобразователя расхода через суммирующий узел 10 и синхронный детектор 11 на вход интегратора 12. Полярность входного сигнала должна обеспечить движение выходно,го напряжения Уи интегратора 12 в ;тарану порога компаратора 13.

При этом логический 0 на выходе триггера 14 компенсации сохраняется.

Превышение выходным напряжением Би порога L вызывает скачкообразное изменение логических сигналов выходов компаратора 13 на инверсии. Поступление очередного импульса опроса (B момент прохода магнитной индук» ции, следовательно„ и полезной составляющей выходного напряжения преобразователя расхода, через нулевой уровень) инвертирует и состояние триггера компенсации 14, который своим выходным сигналом замыкает ключ 9. Компенсирующий сигнал от сигнального выхода 3 вычитается в суммирующем узле 10 от входного сигнала (который пс - амплитуде всегда меньше компенсирующего), в результате чегс> выходное напряжение интегратора 12 начинает приближаться к порогу компаратора 13 с другой стороны (сверху на диаграмме) .

Пересечение порога вызывает снов . изменение логического состояния выхода компаратора 13, которое переносится с поступлением импульса опроса в триггер 14 компенсации.

Изменение состояния триггера 14 вызывает размыкание ключа 9 и прекращение действия компенсирующего напряжения с вь1хода 3 р B св яэи с чем выходное напряжение интегратора 12 опять приближается к порогу компа" ратара 13 и описанный процесс подключения и отключения компенсирующего сигнала будет повторяться до окончания времени измерения, С окончанием времен ::: измерения T начинаетремя Tý р кается клич 8, и порог компаратора

13 вернется к нулевому уровню. В связи " этим выходное напряжение интегратора 12 оказывается виае порога компаратара 13:независимо от взаимного положения в конце времени из690298 мерения, и начинается окончательная компенсация (которая может быть продолжением последнего процесса компенсации внутри времени измерения) .

Окончательная компенсация происходит интенсивнее предыдущих иэ-за отсутствия входного сигнала, который противодействует компенсирующему.

После полной компенсации компенсирующий сигнал выключается окончательно, и устройство готово к новому циклу измерения.

Трансформаторная помеха не влияет на работу устройства, так как ее интеграл через полупериод равняется нулю, а компаратор 13 опрашивается (состояние его выхода переводится в триггер 14 компенсации ) только в моменты прохода магнитной индукции через нуль. Отсутствие . входного сигнала (следовательно, и 20 трансформаторной помехи) после окончания времени измерения позволяет, в течение вспомогательного времени использовать режим постоянного опроса (постоянное напряжение на так- 25 товом входе триггера 14 компенсации). Этим обеспечивается выключение компенсирующего сигнала сразу после полной разрядки интегратора

12, следовательно, нет необходимости 30 дополнительно разряжать интегратор 12 до начала нового цикла °

Режим постоянного опроса в течение вспомогательного времени позволяет при необходимости сни- 35 .эить частоту опроса внутри времени измерения в любое целое число раз путем запрета части импульсов опроса.

Снижение частоты опроса полезно с точки зрения уменьшения погрешнос- 40 ти, вызванной запаздыванием переключения ключа 9. Возможное снижение частоты опроса ограничено величиной сдвига порога компаратора от нулевого уровня во время измерения, так как амплитуда колебаний выходного напряжения интегратора

12 при низкой частоте опроса растет.

При увеличенной амплитуде появляется опасность захода выходного напряжения интегратора 12 ниже нуля, откуда компенсирующее напряжение не может его вернуть.

Вход 5 тактового генератора 4 управляется меандровым выходом 2 5S и поэтому время измерения и вспомогательное время содержат целое число полупериодов магнитной индукции.

Для уменьшения погрешности, вызванной дискретностью, следует уве- @) личить число импульсов, соответствующее полному пределу измерения. При ограниченной частоте магнитного поля и ограниченном времени измерения полупериод магнитного поля разбивается на более мелкие отрезки времени.

Последовательность импульсов, снимаемая с дополнительного счетного выхода 16 источника 1 компенсационного напряжения, ° пропускается через логический вентиль 17, который управляется триггером 14.

Счетные импульсы должны быть рас- положены во времени неравномерно таким образом, что интервалу времени между любыми соседними импульсами соответствует одинаковая вольт" секундная площадь под кривой компенсирующего напряжения на сигнальном выходе 3 опроса.

Снижение частоты опроса полезно с точки зрения уменьшения погрешности, вызванной запаздыванием,. переключения ключа 9. Возможное снижение частоты опроса ограничено величиной сдвига порога компаратора от нулевого уровня во время измерения, так как амплитуда колебаний выходного напряжения интегратора 12 при низкой частоте опроса растет.

При увеличенной амплитуде появляется опасность захода выходного напряжения интегратора 12 ниже нуля, откуда компенсирующее напряжение не может его вернуть.

Вход 5 тактового генератора 4 управляется меандровым выходом 2 и поэтому время измерения и вспомогательное время содержит целое число полупериодов магнитной индукции.

Для уменьшения погрешности, вызванной дискретностью, следует увеличить число импульсов, соответствующее полному пределу измерения. При ограниченной частоте магнитного поля и ограниченном времени измерения полупериод магнитного поля разбивается на более мелкие отрезки времени ° Последовательность импульсов, снимаемая с дополнительного счетного выхода 16 источника компенсационного напряжения 1, пропускается через логический вентиль 17, который управляется триггером 14 на счетчик. Счетные импульсы должны быть расположены во времени неравномерно таким образом, что интервалу времени между любыми соседними импульсами соответствуют одинаковая вольтсекундная площадь под кривой компенсирующего напряжения на сигнальном выходе 3.

Формула изобретения

Цифровое измерительное устройство расходомера, в частности электромагнитного, содержащее тактовый генератор, источник компенсирующего

690298

Zf.К ю

@ + и хпР и

Составитель Ж,Те, лед

Техред О.Андрейко Корректор Г. Решстник

Редактор И.Марйбвская

Заказ 5948/36 Тираж 8бб Подписное

ЦЯИИПИ Государственнбго комитета СССР но делам изобретении и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб.,д.4/5 филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 напряжения, суммирующий узел, синхронный детекто, компаратор и счетчик импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем,,что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя ключами один из которых включен между тактовым генератором и суммирующим узлом и содержит вход, подключаемый к первичному преобразователю расходомера, а второй включен между выходами источчика компенсирующего напряжения и введенного в устройство триггера компенсации, один иэ выходов которого подключен через компаратор, введенный в устройство интегратор, синхронный детектор к суммирующему узлу, а другой — к так-„ товому генератору,и входамй суммирующего узла, причем источник компенсирующего напряжения содержит вход, подключаемый к первичному преобразователю расходомера, и выход, подключенный к синхронному детектору, тактовому генератору, выход которого подключен к компаратору, и логи" ческому вентилю, выход которого подключен к счетчику импульсов, а вход— к триггеру компенсации.