Вибрационный преобразователь расхода

(71) Государственный Научно-исследова тельский институт теплоэнергетическогоприборостроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 627328, кл. 0 01 Р 1/66, 1978,Патент США(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 11, генератор 12 тактовых импульсов, два преобразователя код-частота 13, 14, блок 15 памяти, аналого-цифровой преобразователь 16, преобразователь сопротивление-напряжение 17, выходной преобразователь 18 и задатчик 19 кода. 1 з;и. ф-лы, 2 ил,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 сов и блок стабилизации амплитуды раслях промышленности. колебаний подключен к узлу возбужденияИзвестен 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 "0 пературы соединен с преобразователем сополого маятника, узел возбуждения колеба- противление - напряжение, введены ний, виброизмеритель, схему измерения и элемент неравноэначности, счетчик, гене- регулирования, 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 цифровой преобразователь, причем выходы точнику постоянного тока через амперметр пзрвого и второго формирователей импульи регулятор тока. сэв подключены к соответствующим входамЕго недостатком является низкая точ- элемента неравнозначности, выход которо- ность, обусловленная низкой добротностью го соединен с входом разрешения счетчика, резонатора (полого маятника). 20 тактируемый вход счетчика подключен кНаиболее 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 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, вход которого соединен с первымузлом подключен к входу установки второго пресъема сигнала, а первый выход - с входом образователя код-частота, а его выход соеблока стабилизации амплитуды колебаний, динен с выходным преобразователем, а второй формирователь импульсов, вход ко также тем, что введен регулируемый эадатторого соединен с вторьм узлом съема сиг- чик кода, соединенный с входами предустанала, временной интегратор, в состав новки счетчика.которого входит блок управления, ВС- Нэ фиг, 1 приведена функциональная фильтр, выход которого через преобразова- электрическая схема устройства; на фиг, 2 - тель напряжения - частота соединен с 40 временныедиаграммы, поясняющиеегоравыходным преобразователем 2. Выходной, боту,преобразователь представляет собойчэсто- Устройство содержит первичный преобтомер-счетчик импульсов, отградуирован- рээователь 1, выполненный на двух закрепный в единицах массы измеряемой среды, ленных в корпусе с воэможностьюНедостатком данного устройства явля 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 5 темпепромежуточных преобразований интервала ратуры, причем узел 3 съема сигнала через времени в напряжение и напряжения в час-" последовательно соединенные формироватоту. . 50 тель б импульсов и блок 7 стабилизацииЦель 1 о 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 импульсовЦель достигается тем, что в вибрацион- подключен к блоку 9 управления, выходы ный преобразователь расходэ, содержащий 55 формирователей б 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 счетчика 11 подключенквыходугенератора колебаний, первым и вторым узлами съема 12 тактовых импульсов и к последовательновкпб)юченным преобразователям код-частота 13 и 14, а вход сброса счетчика 11 соедине 1 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 чен к входу установки второго преобразовате 1 я код-частота 14, выход которого соединен с выходным преобразователем 18 Регулируемый задатчик 19 кода подключен к входам предустановки счетчика 11, 15На фиг. 2 20 и 21 - выходные сигналы узлов 3 и 4 съема сигнала, 22 и 23 - выходнье 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 управленир.Устройство работает следующим образам.Узел 2 возбуждения колебаний, узел 3 25 съма сигнала и блоки 6 и 7 образуют контур положительной обратной связи, возбуждающий колебания трубопроводов первичного преобразователя 1. При этом блок 7 стабилизирует амплитуду колебаний. Вы ходные сигналы узлов 3 и 4 съема сигнала (соответственно диаграммы 20 и 21 на фиг. 2) поступают на входы формирователей 6 и,8 импульсов, где осуществляется их сравнение с опорным напряжением Ч 0 п. 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 вь 1 ходов формирователей 6 и 8 поступают на элемент 10 неравнозначности, на выходекоторого формируется в каждом периоде 45 (цикле). измерения импульсный сигнал 11 и 12 (дйаграмма 24), причем 11+ 12 = 10 бщ - время, пропорциональное временному сдвигу - измеряемому расходу. С выхода элемента 10 неравноэначности сигналы 11 и 12 поступают 50 на вход разрешения работы счетчика 11, который осуществляет счет импульсов с генератора 12 тактовых импульсов за время 1 щ. Окончание цикла измерения фиксируется блоком 9 управления, вход которого 55 подключен к выходу формирователя 8 импульсов, По окончании цикла код счетчика 11, Равный йд = тобщ топ, где оп - частота генератора 12, переписываетгя в блок 15 памяти под действием импульса переписи(диаграмма 25) с второго выхода блока 9 управления, но 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 йц (пропорциональный расходу) подается на входы установки второго преобразователя код - частота 14, На его вход поступает частотный сигнал с выхода первого 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 - напряжение 17 линейно уменьшается, а следовательно, также уменьшается выходная частота 11 преобразователя код - частота 13.1 = Йс 1 опlКд.максгде Й 1 - 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,Гц 1 МКд ца"сгде 11 - входная частота преобразователя 14;йц - 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 Рц преобразователя 14 поступает на вход выходного преобразователя 18.Для компенсации начального технологического разбаланса трубопроводов первичного преобразователя 1 на установочные входы счетчика 11 с помощью регу1793235 10 20 30 лируемого задатчика 19 кода вводится начальный код, пропорциональный разбалансу трубопроводов. Причем, если технологический разбаланс отрицательный, вводится добавочный (компенсирующий) код й+, тогда код счетцика по окончании цикла измерения - й = (И+) + Ио, где Йдо - код, пропорциональный измеряемому расходу, т.е. без учета технологического разбаланса трубопроводов, Если технологический разбаланс положительный, вводится код М = ймакс - (йк-) где Йиакс - максимальный код счетчика; йк - код начальной компенсации (компенсирующий). Тогда код счетчика по окончании цикла измерения Ид Йяо - (к-)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 о напряжение и в код. ф о р мул а и зо бретен и я 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 съейа сигналоо, а также датчик температуры и выходной преобразователь, йричем выход пероого узла съема сигнала черезпоследовательно соединенные первый формирователь импульсоо и блок стабилизации амплитуды. колебаний подклюцен 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 щ и й с я 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 %,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 импульсоо выполнены на микросхеме К 555 ЛАЗ, счетчик 11 - на микросхеме К 555 ИЕ 7, блок 15 памяти -на микросхеме К 555 ИР 23, блок 9 управления - на микросхеме К 555 АГЗ, преобразователи код-частота 13 и 14 - на микросхемах К 155 ИЕ 8, аналого-цифровой преобразователь 16 - на микросхеме К 572 ПВ 1, задатчик 19 кода - на модульныхвыключателях ВДМ 1-8. в работе, в него введены элемент нераонозначности, 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 оыходу генератора тактовой частоты и к последовательно включенным первому и второму преобразователям код - частота, а вход сброса счетчика - к первому оыходу блока управления, второй выход которого соедийен с входом записи блока памяти, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу преобразователя сопротивление - напряжение, а выход - к входу установки первого преобразователя код - частота, выход счетцика через блок памяти подклюцен к входу установки второго пре1793235образователя код - частота, а его выход соединен с выходным преобразователем, 12, Преобразователь по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повыСоставитель А. Шкуринедактор Т. Федотов Техред М,Моргентал Корректор С, Ш Заказ 495 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1011 ОП Р шения технологичности настройки,в него введен регулируемый задатчиккода, соединенный с входами предустановки счетчика.