Электромагнитный расходомер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 091 С 01 Г 1/60 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(57) Изобретениеизмерения расходмагнитным методо НЫЙ РА носитжидкос Цель обретение относится к изм да жидкостей электромагни рениюным величен перала ю СУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ И ГКНТ СССР 8 ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ методом.Цель изобретения - у ие точности измерения и быстродействия за счет уменьшения длительности вспомогательного цикла измерения.На фиг.1 представлена структурная схема электромагнитного расходомера; на фиг.2 - структурная схема устройства управления; на фиг.3 - временные диаграммы процесса интегрирования вспомогательного цикла; на фиг.4 - структурная схема ведущей программы 1 на фиг.5 - структурная схема прерывающей программы.Расходомер содержит источник 1 питания, преобразователь 2 расхода, первый усилитель 3 основного сиги второй усилитель 4 опорного сигнала, цифроаналоговый преобразователь 5 мантиссы, фазовращатель 6, интеграповышение точности и быстродействия.3В блок управления электромагнитногорасходомера введены генератор тактовых импульсов, счетчик и регистры, Спомощью введенных элементов вместоизмерения всего периода опорного сигнала измеряется одна четверть этогопериода, что повышает быстродействие.Процесс измерения состоит иэ двухциклов - основного и вспомогательного. К концу основного цикла накаплнвае,я грубая оценка измеряемой величины, Эта оценка уточняегся на протяжении вспомогательного цикла, чтоповышает точность измерения. 1 табл.,5 тор 7 опорного сигнала, цифроаналоговый преобразователь 8 порядка, третий ключ 9 измерения нуля, второй суммирующий усилитель 10 отклонения, четвертый ключ 11 режима, цифроаналоговый преобразователь 12 допустимого отклонения, инвертор 13, второй ключ 14 основного сигнала, первый ключ 15 опорного сигнала, первый суммирующий усилитель 16, синхронный детектор 17, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). 18 веса, интегратор 19, компаратор 20, формирователь 21 такто вых импульсов, устройство 22 управления, регистр 23 ввода, устройство 24 обмена, вычислительное устройство 25,Устройство управления содержит регистр 26 режима, схему 27 сравнения, счетчик 28 вспомогательного цикла, триггер 29 четности, триггер 30 запуска, Э-триггер 31, программируемую логическую матрицу (ПЛИ) 32,1578481 регистр 33 сдвига, реверсивный счетчик 34, счетчик 35 основного цикла,первый регистр 36 вывода, генератор37 уточняющий счетчик 38, второй реЭ5гистр 39 вывода,Источник 1 питания соединен с обмоткой возбуждения преобразователя 2расхода, выход основного, снимаемогос электродов, сигнала которого черезусилитель 3 основного сигнала и цифроаналоговый преобразователь 8 порядкасоединен с неинвертирующим входомсуммирующего усилителя 1 О отклоненияинвертирующий вход которого соединен,с выходом ключа 9 измерения нуля,один из входов которого соединен снулевой шиной, а другой - с выходоминтегратора 7 опорного сигнала, входкоторого через цифроаналоговый преобразователь 5 мантиссы и усилитель 4опорного сигнала соединен с выходомопорного сигнала, снимаемого с встроенного в активную зону преобразова.теля индукции магнитного поля преобразователя 2 расхода. Один из входовключа 11 режима через Фазовращатель бсоединен с выходом цифроаналоговогопреобразователя 5 мантиссы, второйвход - с входом формирователя 21 так 30товых импульсов и с выходом интегратора 7 опорного сигнала, а выход -с одним из входов ключа 15 опорногосигнала непосредственно, а с другимчерез инвертор 13. Выход суммирующегоусилителя 1 О отклонения через цифроаналоговый преобразователь 12 допустимого отклонения соединен с одним извходов ключа 14 основного сигнала,второй вход которого соединен с нуле 40вой шиной, а выход - с одним из вхо;:дов суммирующего усилителя 16, второйвход которого соединен с выходом ключа 15 опорного сигнала, а выход - через последовательно соединенные синхронный детектор 17, цифроаналоговыйпреобразователь 18 веса, интегратор19 и компаратор 20 соединен с входомданных В-триггера 31 и с вторым входом программируемой логической матрицы 32, первый выход которой соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя 18 веса, второй - с управляющим входом синхронного детектора 17, третий - с тактовыми входами регистра 33 сдвига иП-триггера 31, четвертый - с входомданных регистра 33 сдвига, пятый - свходом реверса реверсивного счетчика 34 и управляющим входом ключа 15 опорного сигнала, шестой - с входом ;запрета реверсивного счетчика 34, с инверсным входом сброса счетчика 28 вспомогательного цикла, с управляю" щим входом ключа 14 основного сигна,ла и с восьмым входом этой же матри.цы, седьмой - с входами сброса реверсивного счетчика 34 и счетчика 35 основного цикла, выход которого сое" динен с одним из входов схемы 27 сравнения и входом данных первого регистра 36 вывода, восьмой - с входом запроса прерывания устройства 24 обмена, с установочным входом регистра 26 режима, с входом запрета счетчика 28 вспомогательного цикла, с так" ,товым входом триггера 29 четности и с девятым входом этой же матрицы, девятый - с тактовым входом второго регистра 39 вывода и с одиннадцатым входом этой же матрицы, десятый - с входом сброса уточняющего счетчика38, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 37, а выход " с входом данных второго регистра 39 вывода.Первый вход программируемой логической матрицы соединен с выходом В-триггера 31третий - с выходом формирователя 21 тактовых импульсов и с тактовыми входами триггера 30 запуска, счетчика 28 вспомогательного цикла, реверсивного счетчика 34 и счетчика 35 основного цикла, четвертый - с выходом схемы 27 сравнения, пятый - с выходом счетчика 28 вспомогательного цикла, шестой - с выходом триггера 29 четности, седьмой - с выходом триггера 30 запуска, с инверсным входом запрета счетчика 35 основного цикла и с входом данныхпервого регистра 36 вывода, деся" тый - с выходом регистра 26 режима, вход данных которого через регистр 23 ввода соединен с выходом устрой ства 24 обмена, двунаправленная шинакоторого соединена с вычислительным устройством 25, а вход соединен с выходами первого регистра 36 вывода и второго регистра 39 вывода. Выход регистра 26 режима соединен с управляющими входами цифроаналогового пре" образователя 5 мантиссы, цифроаналогового преобразователя 8 порядка, ключа 9 измерения нуля, ключа 11 режима, цифроаналогового преобразователя 12 допустимого отклонения, с вто 157848,рым входом схемы 27 сравнения и с установочным входом триггера 30 запуска, вход данных которого служит дополнительным входом внешнего запуска расходомера. Выходы регистра 33 сдвига, реверсивного счетчика 34 и уточняющего счетчика 38 соединены с входом данных первого регистра 36 вывода.Формирователь 21 тактовых импульсов вырабатывает три цифровых сигнала с периодами, равными периоду, половине периода и четверти периода опорного сигнала. Коэффициенты передачи цифроаналоговых преобразователей 5, 8, 2 и 18 определяются соответственно выражениями:К = ш К =2К =2 ф сК =25 ф 6 ф Ч. ф 8(при 1 с = 7 К = 5/4) где ш, р - мантисса и порядок оценки расхода предыдущегоцикла соответственнод , О, - константы;Й - допустимое отклонение;1 - код веса.Расходомер работает следующим образом,Очереной цикл измерения, состоящий из основного и вспомогательногоциклов, начинается с того, что данные из регистра 23 ввода, записанные туда через устройство 24 обменавычислительным устройством 25, записываются в регистр 26 режима, с выхода которого поступают на блоки 5, 89, 11, 12, 27, 30, 32 изменяя их состояние в соответствии с выбраннымрежимом. Генерируемые преобразователем 2 расхода основной и опорный сигналы через блоки 3, 8 и 4, 5, 7, 9 соответственно поступают на входы суммирующего усилителя 10 отклонения,на выходе которого вырабатываетсясигнал, пропорциональный отклонениюрасхода текущего цикла измерения отоценки расхода предыдущего цикла.Зтотсигнал отклонения усиливается блоком12, коэффициент передачи которого определяется вычислительным устройством25 в зависимости от ожидаемого диапазона флюктуаций расхода. Блоками13 - 20 н 22 осуществляется аналогоцифровое развертывающее преобразование отношения усиленного сигнала отлоиения к выходному сигналу ключа11 равному выходному сигналу, либофазовращателя 6 при измерении интегрального расхода, либо интегратооа7 при измерении среднего расхода,В начале основного цикла, которыйсовпадает с основным циклом прототипа, ключ 14 основного сигнала включает сигнал отклонения на один извходов суммирующего усилителя 16, навторой вход которого поступает опор ный сигнал, знак которого определяется состоякием ключа 15 опорногосигнала, Сумма сигнала отклонения иопорного сигнала детектируется синхронным детектором 17 и через цифро аналоговый преобразователь 18 весаФкоэфФициент передачи которого равенединице на протяжении всего основного цикла, поступает на вход интегратора 19, выходной сигнал которогокомпаратором 20 преобразуется в цифровой сигнал, поступающий на входданных 0-триггера 31, а затем навход программируемой логической матрицы 32. На протяжении основного цикла П-триггер 31 последовательно меняет свое состояние в дискретные моменты времени, соответствующие пересечению опорным сигналом нулевогоуровк . В те же моменты времени сиг л,. ог поступяк.им на управл 1:лцьйвход ключа 15 опорного сигнала. изменяется знак порного сигнала так,чтобы сигнал ка выходе интегратора19 после очередного переключения Ьтриггера 31 стремился бк к нулевомузначению. Одновременно с этим в реверсивцый счетчик 34 тактовым сигналом последовательно записывается либо +1 (при интегрировании в соответ ствующий интервал времени инвертированного инвертором 13 опорного сигнала), либо -1 (при интегрированиинеинвертированного опорного сигнала),К концу основного цикла в счетчи ке 34 накапливается грубая оценка отношения сигналов, которая уточняется на протяжении вспомогательногоцикла.Вспомогательный цикл начинается 50 тогда, когда код на выходе счетчика 35 основного цикла совпадает скодом, поступающим с выхода регистра26 режима на вход схемы 27 сравнения, .либо сигналом внешнего запуска, 55 При этом ключом 4 выключается сигналотклонения, снимается установка нулясчетчика 28,запрещается работа реверсивного счетчика.34,запрещается изменение знака опорного сигнала ключом5 иразрешается изменение знака сигнала синхронным детектором 17 в зависимости, от выходного сигнала 0-триггера 31. Счетчик 28 вспомогательного цикла начинает считать такты вспомогательного цикла. Длительность вспомогательного цикла может быть равна ли" бо 1 (в случае короткого цикла), либо 3 (в случае длинного цикла) нерио О дам опорного сигнала.На протяжении вспомогательного цикла при помощи цифроаналогового преобразователя 18 веса происходит последовательное уменьшение уровня опорного сигнала в соответствии с таблицей.В таблице приведены параметры вспомогательного цикла.В таблице обозначены:1 . - номер такта и номер микро 920контакта вспомогательного цикла соответственно;;К - код веса на управляющемг, фвходе и коэффициент передачи цифроаналоговогопреобразователя веса со- ,ответственно ;Ч - в ес результата соотв етс т 11,1вующего микроконтакта;Ь - константа.Результат измерения всех микро- тактов, кроме последнего, отображае-, мый выходным сигналом 0"триггера 31 последовательно записывается тактовым сигналом в регистр 33 сдвига, осуществляющий преобразование последова тельного кода в параллельный, На пос леднем микроконтакте снятием сигнала сброса разрешается работа уточняющего счетчика 38, сохраняется неизменным состояние 0-триггера 31, а сигнал уп 40 равления синхронным детектором 17 приобретает возможность меняться под действием выходного сигнала компаратора 20, Первое изменение выходного сигнапа компаратора 20, возникающее при достижении выходным сигналом интегратора 19 нулевого значения, устанавливает в единичное состояние сигнал, на выходе У 8 программируемой логической матрицы 32, сохраняющийся до начала следующего цикла измерения, При этом данные с выхода счетчика 38 записываются во второй регистр 39 вывода, а на управляющем вхо" де цифроаналогового преобразователя И 18 веса устанавливается нулевой код соответствующий минимальному коэффициенту передачи этого преобразова где 0103 -04 -результат измерения основного цикла (определяется данными счетчика 34);измеренное значение (О или1) -го мнкротакта (опреде"ляется данными регистра 33);длительность интервала времени от начала последнегомикротакта до первого пересечения выходным сигналоминтегратора нулевого значения (определяется даннымирегистра 39);длительность последнего миккротакта (определяется данными счетчика 38 в моментзаписи этих данных в регистр 36)1 теля, В конце последнего микротакта, путем коммутации знака сигнала синхронным детектором 17.выходной сигнал интегратора 19 совершает небольшие колебания около нулевого значения, обеспечивая к началу нового цикла измерения близкий к нулю остаточный за" ряд интегратора 19. По окончании последнего микротакта осуществляется запись данных регистра 33 сдвига, ре" версивного счетчика 34, уточняющего счетчика 38 счетчика 35 основного цикла и триггера 30 запуска в регистр 36 вывода, происходит разрешение записи новых данных в регистр 26 режима, включается запрет счета счетчика 28, переключается триггер 29 четности и запрашивается прерывание вычислительного устройства 25 через устройство 24 обмена. Далее при включенном внешнем запуске схема находится в состоянии ожидания сигнала внешнего запуска, поступающего с выхода триггера 30. С приходом этого ,сигнала или без ожидания (при включенном внутреннем запуске), включается сигнал отклонения, устанавливая ноль счетчика 28, и разрешается работа реверсивного счетчика 34. Вслед за этим устанавливаются в ноль счетчики 34 и 35, и начинается новый, цикл измерения. Измеренное значение отклонения расхода вычисляется вычислительным устройством 25 в соответствии с выражением32;:Оь 2 0 = И 7+, (-1) , +(-1)1=ОЧпзхп (2 п"03/(044, 158481пг - номер последнего микротак-та (и= 11, п 1 = 3).Измеренное значение среднего расхода в соответствии с выражениемР д-д л Р--- г +1), ш 2 К,г,огде И - длительность основного цикла,выраженная в количестве периодов опорного сигнала;К - масштабный коэффициент, определяемый калибровкой расходомера.Для исключения аддитивной погрешности, вызванной смещением нуля элементов 1, .18 и 19, коммутируетсязнак сигнала отклонения и опорногосигнала относительно неизменного напряжения ошибки названных элементовпутем инвертирования в соседних циклах измерения управляющего сигналасинхронного детектора 1 и суммирования измеренных значений расходасоседних циклов измерения.При измерении нуля расходомера,малого расхода или знакопеременногорасхода ключ 9 измерения нуля включает инвертирующий вход усилителя 1 Она нулевую шину н вместо сигнала оклонения аналогично измеряется основной сигнал,1Расходомер позволяет гибко выби-рать длительность вспомогательного цикла в зависимости от допустимой погрешности измерения в стационарном и динамическом режимах расхода.Формула и з обретенияЭлектромагнитный расходомер, содержащий источник питания, преобразователь расхода, синхронный детектор первый суммирующий усилитель, первый интегратор, Р-триггер, Фазовращатель, второй интегратор, инвертор, регистр ввода, компаратор, включенный между первым интегратором и Р-триггером, первый и второй ключи, выходы которых соединены с входами первого суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом синхронного детектора, первый и второй усилители, входы которых соединены с выходами преобразователя расхода, вход которого соединен с выходом источника питания, цифроаналоговый преобразователь порядка, вход которого соединен с вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ходом первого усилителя, цифроаналоговый преобразователь мантиссы, входкоторого соединен с выходом второгоусилителя, а выход соединен с входами второго интегратора и фазовращателя, цифроаьалоговый преобразователь отклонения, выход которого соединен с первым входом второго ключа,второй вход которого соединен с нулевой шиной, третий ключ, первый входкоторого соединен с выходом второгоийтегратора, а второй вход соединенс нулевой шиной, второй суммирующийусилитель, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя порядка, второй входсоединен с выходом третьего ключа, авыход соединен с входом цифроаналого"вого преобразователя отклонения, четвертый ключ, первый вход которогосоединен с выходом фазовращателя,второй вход соединен с выходом второгоинтегратора, а выход соединен с входом инвертора и с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с выходом инвертора, цифроаналоговый преобразователь веса, включенный между синхронным детектороми п:.рным интегратор.:., логическуюматрицу, первый вход ко"орой с; единен с выходом Р-т" в .гаер второйвход соединен с выходом кмпарат=ра, а второй выход соединен управляющим входом синхронного детектора,формирователь тактовых импульсов,включенньш между выходом второго интегратора и третьим входом логическойматрицы, счетчик вспомогательногоцикла, вход сброса которого соединенс управляющим входом второго ключа,с восьмым входом и шестым выходом логиче:кой матрицы, а выход соединен спятым входом логической матрицы, первый выход которой соединен с управля"ющим входом цифроаналогового преобразователя веса, триггер четности,включенный между восьмым выходом ишестым входом логической матрицы,регистр сдвига, вход данных которогосоединен с четвертым выходом логической матрицы, а тактовый вход соединен с третьим выходом логическойматрицы и тактовым входом В-триггера, реверсивный счетчик, вход реверса которого соединен с пятым выходомлогической матрицы и с управляющимвходом первого ключа, а вход запретасоединен с шестым выходом логическойматрицы, счетчик основного цикла,вход сброса которого соединен с входом сброса реверсивного счетчика иседьмым выходом логической матрицы,регистр режима, вход данных которогосоединен с выходом регистра ввода,установочный вход соединен с входомзапрета счетчика вспомогательногоцикла, с восьмым выходом и девятымгходом логической матрицы, а выходсоединен с управляющими входами циФ"роаналоговьх преобразователвй порядка, мантиссы, отклонения и с управляющими входами третьего и четвертого ключей, схему сравнения, первыйвход которой соединен с выходом ре"гистра режима, второй вход соединенс выходом счетч;а основного цикла,а выход подключен к четвертому входулогической матрицы, триггер запуска,установочный вхог которого соединенс выходом регистра режима, тактовыйвход соединен с тактовыми входамисчетчика вспомогательного цикла, реверсивного счетчика, счетчика основного цикла и с выходом Формирователятактовых импульсов, В-вход являетсявходом внешнего запуска расходомера,а выход соединен с седьмым входом логической матрицы и с входом разрешечия счетчика основного цикла, первый регистр вывода, вход данных которогосоединен с выходами регистра сдвига,реверсивного счетчика, счетчика ос 5новного цикла и триггера запуска, атактовый вход соединен с восьмым выходом логической матрицы, устройство обмена, вход которого соединен свьосодом первого регистра вывода, входзапроса прерывания соединен с восьмым выходом логической матрицы, авыход соединен с входом регистра ввода, вычислительное устройство, соединенное магистралью с устройствомобмена, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения точности ибыстродействия за счет уменьшениядлительности вспомогательного цикла,он снабжен генератором, вторым регистром вывода, уточняющим счетчиком,тактовый вход которого соединен с выходом генератора, выход соединен свходами данных первого и второго регистров вывода, а вход сброса соеди 25 нен с десятым выходом логической матрицы, десятый вход которой соединенс выходом регистра режима, а девятыйвыход соединен с одиннадцатым входомлогической матрицы и с тактовым вхоЗО дом второго регистра вывода, выходкоторого соединен с входом устройства обмена,1578481 игЗ иг.4 скид Редак тор Л Тираж 54 70 сн ямио Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагаринаиа Фы.гадаодп 1 г Сиама не Юы эфОе, й(итв а раею)эТ 9 аа ;а,Составитель В. Герасимчу.Петрова Техред М,Моргентал Ко осударственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушская ытиям при ГКНТ СССР 4/5