Устройство для регулирования расхода газа

/24-246. Бюл, У 30еев, Н.Д,ДубовоА.В.Мурылев и Д.ШтаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рев(56) Авторское свидетельство СССР У 951246, кл, С 05 П 7/00, 1980,Авторское свидетельство СССР Р 481028, кл. С 05 Э 11/13, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГАЗА(57) Изобретение решает задачу ловы- щения точности регулирования расхода Устройство содержит расходомер и исполнительный элемент, установленные на трубопроводе, задатчик расхода, интегратор. В устройство введены первый, второй делители, первый и второй датчики давления, дифференцирующий элемент, умножитель, причем выход задатчика расхода подключен к первому входу первого сумматора, вто рой вход которого подключен к выходу расходомера и к первому входу пер вого делителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый и второй входы которогоподключены соответственно к выходампервого и второго датчиков давления,третий вход первого сумматора связанс первым входом второго делителя иподключен через дифференцирующийэлемент к выходу третьего сумматора,первый вход которого подключен к выходу первого датчика давления, а второй вход - к выходу второго делителя;второй вход которого подключен к выходу первого делителя, связанномутакже с первым входом умножителя,второй вход которого подключен к выходу первого сумматора, связанномутакже с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого черезинтегратор подключен к выходу умножителя, а выход - к выходу исполнительного элемента, вход первого датчика давления подключен к трубопроводу перед расходомером со сторонывыпуска газа, вход второго датчикадавления подключен к трубопроводу научастке между расходомером и испол-.нительным элементом, 2 ил, 1251037Изобретение относится к устройствам автоматического регулированиярасхода газа и может использоватьсяв электронной промьппленности для ре"гулирования расходов технологическихгазов при формировании газообразныхобрабатывающих сред в технологическом оборудовании.Цель изобретения - повьппение точности устройства",На фиг. 1 изображена структурнаясхема устройства для регулированиярасхода газа, на фиг. 2 - структурная схема примера аппаратурной реализации задатчика расхода.Устройство для регулирования расхода газа (фиг, 1) содержит расходомер 1 и исполнительный элемент 2,установленные на трубопроводе 3.Регулируемый поток газа движется потрубопроводу 3 в направлении от расходомера 1 к исполнительному элементу2, датчик 4 давления, установленныйна трубопроводе 3 перед расходомером1 со стороны впуска газа, датчик 5давления, установленный на трубопроводе 3 на участке между расходомером.1 и исполнительным элементом 2, задатчик 6 расхода,. сумматор 7, делитель 8, дифференцирующий элемент 9,делитель 10, сумматоры 11 и 12, умножитель 13, сумматор 14, интегратор 15.Задатчик расхода (фиг, 2) можетбыть реализован с использованием генератора 16, счетчика 17, блока 18памяти и цифроаналогового преобразователя 19, Выход генератора 16 подключен к счетному входу счетчика 17.Разрядные выходы счетчика 17 подключены к соответствующим адресным входам блока памяти, Информационныевыходы блока 18 памяти подключены ксоответствующим разрядным входамцифроаналогового преобразователя 19.Устройство для регулирования расхода работает следующим образом,Регулируемый поток газа поступа- еТ в трубопровод 3 (фиг, 1),через расходомер 1, а затем черезисполнительный элемент 2, Величинарасхода газа на выходе исполнительного элемента 2 является результатомрегулирования и должна соответствовать заданному расходу газа, устанавливаемому выходным сигналом задатчика 6 расхода, В последнем вырабатывается сигнал Н (р), величина которого пропорциональна заданному в данныймомент значению расхода газа.В случае аппаратурной реализации(фиг, 21 зацатчик б расхода работает5 следующим образом,Генератор 1 б вырабатывает импульсыс постоянным периодом повторения,Эти импульсы считаются счетчиком 17,вызывая изменения сигналов на егоО разрядных выходах В блоке 18 памятихранится программа требуемого изменения расхода газа. Разрядные сигналысчетчика 17 вызывают поочередный опрос ячеек блока памяти и выдачу на5 его информационные выходы сигналовпараллельных двоичных кодов, ,соответствующих заданному значению расхода в текущий момент времени. Данные сигналы преобразуются в напряжение20 Б 6(р) с помощью цифроаналоговогопреобразователя 19, выход которого является выходом задатчика 6 расхода (фиг, 1), С выхода последнего сигнал Н (р) поступает на первыйьвход сумматора 7, на второй вход которого поступает выходной сигнал расходомера 1. Величина. расхода (р) газа в точке трубопровода 3, где установлен расходомер 1 опреде 30 ляется уравнениемЯ,(р)=К Н (р) - К (р)1, (1)где К - коэффициент, определяющий/зависимость расхода газа,35 протекающего через расходомер 1, от перепада давленийгаза в трубопроводе 3 цо ипосле расходомера 1;Н, (р) - давление газа в трубопроводе 3 на участке перец расходомером 1 со стороны впуска газа;Н(р) - давление газа в трубопрово. -де 3 на участке между рас 45 ходомером 1 и исполнительным элементом 2;р - оператор Лапласа.Давление газа Н (р) связано с разностью расходов потока газа, поступающего в участок трубопровода 3между расходомероми исполнительным элементом 2 и потока газа, вытекающего через исполнительный элемент 2, т,е,55Г (р)-(;).(р)(2)2 где ( (р) - расход газа, протекающего через расходомер 1;1251037 з1 (р) - расход газа, протекающего через исполнительныйэлемент 2;Ч - объем части трубопровода3, заключенной между расходомером 1 и исполни, тельным элементом 2;р - оператор Лапласа.Совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить зависи О мость расхода газа О, (р), измеряемого расходомером 1, от давления Н (р) .газа, поступающего в устройство для автоматического регулирования расхода, и от расхода газа Я,(р), протека ющего через исполнительный элемент 2,(5) 7где Т= КрР - оператор 20 Лапласа,ЛИз анализа уравнения (3) следует, что при постоянном расходе(р) на результат измерения Ч 1(р) влияют ко 25 лебания давления Н,(р). Кроме того, проявляется инерционная зависимость расхода Я,(р) от расхода Я(р), описываемая передаточной функцией апериодического звена с постоянной вре- З 0 мени Т, Данные факторы обуславливают снижение точности регулирования расхода при использовании устройства для автоматического регулирования расхода по прототипу, в котором рас ходомер 1, дающий результат измерения расхода Я,(р), используется как единственный источник сигнала обратной связи. В то же время результатом действия устройства для автомати ческого регулирования расхода явля- ется управление расходом газа 0 (р), на выходе исполнительного элемента 2, величина которого существенно отличается от измеряемого значения расхода Ц(Р) при быстром изменении заданного значения расхода и колебания давления Н,(р).Для получения информации о действительном значении расхода газа ч (р) в предлагаемом устройстве для регулирования расхода используются сигналы первого 4 и второго 5 датчиков давления, поступающие на первый и. второй входы второго сумматора 11. На его выходе выделяется сигнал где Б(Р) - выходной сигнал третье 45 го сумматора 12;(р) - выходной сигнал второгоделителя 1 О;К - коэффициент передачи3дифференцирующего эле мента 9.С выхода дифференцирующего элемента 9 сигнал Б,(р) поступает натретий вход первого сумматора 7,вызывая изменение его выходного сиг нала в моменты изменения давленияН(р) поступающего газа. Из уравненйя 6 следует, что при постоянномдавлении Н,(Р) выходной сигнал диф(4)+1 Т +1Р 11,(р) =КН (р)-Н,(р)1,где К - коэффициент преобразованияпервого 4 и второго 5 датчиков давления.Этот сигнал поступает на второй вход первого делителя 8, на первый вход которого поступает выходной сигнал расходомера 1, В первом делителе 8 сигнал расходомера 1 делится на сигнал второго сумматора 11. Выходной сигнал первого делителя 8 ра- вен 11 ( ) . ье К 0 ) з К Н,(р)-Н,(р)3(5) следует, что выходной сигнал первого делителя 8 пропорционален коэффициенту К и, следовательно, несетинформацию о величине этого коэффициента. Выходной сигнал первого датчика 4 давления поступает также напервый вход третьего сумматора 12,проходя через него на вход дифферейцирующего элемента 9. Выходной сигнал дифференцирующего элемента 9в качестве делимого поступает напервый вход второго делителя 10,гдеделится на величину выходного сигнала первого делителя 8. С выходавторого делителя 10 сигнал поступает на второй вход третьего сумматора 12. В результате действия второго делителя 10, третьего сумматора12 и дифференцирующего элемента 9на выходе дифференцирующего элемента 9 выделяется сигнал(7) 1КК ференцирующего элемента 9 равен нулю. Поэтому при постоянном давлении Н,(р) выходной сигнал первого сумматора 7 равен разности сигналов задатчика 6 расхода и раеходомеря 1. Выходной сигнал 1,(Ь) первого сумматора 7 поступает ня первый вход .четвертого сумматора 14, я также через умножитель 13 и интегратор 15 на его второй вход. В умножителе 13 выходной сигнал первого сумматора умножается на величину вь 1 ходного сигнала 8 (р) первого делителя 8, При этом выходной сигнал четвертого сумматора 14 равен(р):1 (р) 1+ 2 3. 1Ц К 511Р где К - коэффициент передачи интегратора 5;П (р) - выходной сигнал задатчика6 расхода.Данный сигнал поступает на управляющий вход регулирующего элемента2, вызывая изменение расхода Я (р)газа, Расход газа, протекающего через регулирующий элемент 2, пропор ционален величине сигнала 01(р), т е.2 р 19 р 21где К - коэффициент передачи регулирующего элемента 2,Аппаратурная реализация предлагаемого устройства для автоматическогорегулирования расхода возможна при 40выборе коэффициентов передачи КК 2, К, К 5 и К в соответствии с ус 15ловиями К 4 9 1 11К =15 7Подставив значение сигнала 08(р) 50из уравнения (5) в уравнение (6)значения сигналов Ба(р) и Б 5(р) изуравнений (5) и (6) в уравнение (7)а также подставив в уравнение (7)значение расхода Я,(р) из уравнения д(3) и затем значение сигнала П 1(р)из уравнения (7) в уравнение (8),с учетом условий (9) получим Полученный результат свидетельствует о том, что величина расхода газа, проходящего через исполнительный элемент 2 зависит только от сигнала С(р) задатчикя б расхода ипропорциональна его величине, Следовательно, при использовании предлагаемого устройства для автоматического регулирования расхода полностьюкомпенсируются погрешности регулирования расхода, связанные с колебаниями давления Н(р) поступаощего газа,я также с инерционностью зависимости выходного сигнала расходомера 1от величины управляемого расходаЧг(р)1 обусловленной наличием определенного объема Ч трубопровода 31на участке между рясходомером 1 и исполнительным элементом 2,формула изобретения Устройство для регулирования расхода газа, содержащее расходомер и исполнительный злементг установлен - ные на трубопроводе, зядатчик расхода и интегратор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, чтс, с целью повышения точности устройства, оно содержит первый второй, третий и четвертый сумматоры, первый и второй делители, первый и второй датчики давления, дифференцирующий элемент, умножитель, причем выход задатчика расхода подключен к первому нходу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу расходомера и к первому входу первого делителя, второй вход которого подключен к вьходу второго сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к ныхоцам первого и второго датчиковдавления, третий вход первого сумматора связан с пернь 1 м входом второго делителя и с выходом дифференцирующего элемента, вход которогосоединен с выходом третьего сумматора первый вход которого подкжочен к выходу первого датчика давления, а второй вход - к выходу второго делителя, второй вход которогоподключен к выходу первого делителяи к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к выходу первого сумматора и к первому1251037 входу четвертого сумматора, второйвход которого соединен с выходом интегратора, подключенного входом квыходу умножителя, выход четвертогосумматора соединен с входом исполнительного элемента, первый датчик давСоставитель Л,Цаллагова едактор Е,Копча Техред Э.Чижмар Корректор А.ТяскоЗаказ 4410/44В Подписноенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д, 4/5 30 4 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект Тираж 836ИИПИ Государсо делам изоб Москва, Жления установлен в трубопроводеперед расходомером со стороны впускагаза, а второй датчик давления установлен в трубопроводе на участке между расходомером и исполнительным элементом.