Устройство для измерения расхода воды

6)ЕВЕ:тф;чФядфф;.:.:вд:;г",г,":;гч -. .:.:"-. ч,к"г;.,; . с-".еГбСУДАР ТВЕНЙЫЙ КОМИТЕТ , .бО ИЗОиБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТЙЯМ .,;.ПРИ ГКНТ СССРО ЙСАНИЕ ЙЗОБР(46) 30,09.92. Бюл. М 36Я 71) Тбилисское производственное управление "Тбилводоканали72) Г,М,Хаиндрава, Ю.Ш,ЦарцидзеМ.Г.Хаийдрава и Т.Г.Хаиндрава(56) Авторское свидетельство СССР".ф=",: Изобретение относится к технике измеречйиичя" расхода водй через водосливы или ".гарйрогвайнь 3 3 идроствомрмыч и может быть -ЙсйЖП збваайо тФжеЖя измерения раСхода втсдйваканчалфЗЙВлйбрацмйий-.-ф".,. Известйое устройство для регулировачния расс"входаац содержит"деталь в виде дис.ка, на" кото 5"о м "йачнеоесе н ы си"мволы, йредставляющие "собой нелинейную функчцию рансхода", йапрчймер"вычсоту йоды" над .Ч-образным переливом, Расходомер имеет также регийстрйруюищуюдеталь в виде другогосДисгка,"Жснуще 1 о цйфровые символы.Пол оЖейчмйед рв"гйСТригручющегйдеталй, ссчйтьТвэейое датчйКом,"изме-енняетсяс входнймсйгйафлЪм, Цифровые символы размещекйы йарегисчтрифучющей деталй так, чтов 1 гх 6 ДДь 1 ессйгйалыднатЧймМа Индйсцйрую"; расход. Входная деталь может представлять собой вал, соедййеййый с поплавком.Построение осйовной части данного устройСтва"Ж механйФЙ кйх"эмлемейттах"Й-умзлах, зйачйтаейь 7 ййЪающйхг" йа)Гежйочстгь рабо ты"йг"тОччностьфВВреййя текущегорасхода,оФсуктистнвиме блоков, позволяющих интегри5 Т) 6 01 Р 1/05 ти Ф .,гсЪгамвч ФсктЬ:.нрс:4%;ег дчкгб. - ,1 цурфффф". еераскас:, е .в-. чч2Г, я;.4 вчч (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕЙИЯ РАС ХОДА ВОДЫ (57) Сущность изобретения: устройство с держит датчик уровня,1 блок приема и обр ботки информации; 3 блока индикации; блок сравнения, 1 блок сигйалиэации. 13 23-47-48, 23-40, 23-42, 23-46. 3 ил. ровать во времени текущий расход воды, а также отсутствие блоков Сравнения и сигйалиэации существенно ограничивают функциой альн ые вбзТйой ности"%ФЬместчйогго расходомера.Наиболее близким к изобретению по а технической сущности является водомер- интегратор 2), содержащий поплавок, связанный с противовесом с помощью троса, котортйй помещей в канавке"ведущего шкива, ось которого с помощью зубчатой передачи механическисвГан+С омске"ведомсгс (ччи шкива, который с помощью другого троса связансо скользящей кареткой, йа которой "вместе закрвпвей втвйгйневйе дланКа"и ) указйвающая стрелка, которые перемеща- а ются по вертикали вместе со скользящей кареатчкой в зависймостй от йзмечненияуровня воды, При этом стрелка, скользя по шкале текущих уровней и расходов, указывает уровень воды на гидростворе или водосливе и еесекунднай расход, а ййтегральнйе "зна- чения расходов воды получают в электромеханическом счетчике импулы".ов,а причем импульсы счета образуются в момент соприкосновения металлической планки с контактными стержнями, которые смонтированы вокруг диска из диэлектрического материала, который приводится во вращательное движение с помощью оси часового механизма, а длины металлических стержней соответствуют кривой зависимости расхода от уровня.Недостатками известного расходомера являются, во-первых, то, что в системе уровновешения поплавка и противовеса используется один общий связывающий трос, который помещен в канавке ведущего шкива, Такая конструкция не обеспечивает надежного сцепления троса со шкивом, в результате чего происходит скольжение троса в канавке ведущего шкива и тем самым вносятся большие погрешности в измерение уровня воды над водосливом, а также текущих (секундных) и интегральных расходов; во-вторых, конструкция известного расходомера выполнена полностью на механических элементах, что существенно снижает надежность работы-и точность измерения текущих и интегральных значений расходов воды, Точность получения интегральных (во времени) расходов снижается еще тем, что воспроизведение кривой зависимости расхода от уровня воды через водо- сливы или гидростворы осуществляется с применением метода кусочно-линейной аппроксимации нелинейной функции путем использования для этой цели металлических стержней разных длин, что, естественно, не позволяет достигнуть достаточной точности суммирования секундных расходов в длительное время. Кроме того, отсутствие блоков сравнения и сигнализации, а также отсутствие возможности выдачи управляющих сигналов и стыковки с телемеханикой ТМ) или с электронно-вычисли.тельной машиной (ЭВМ) значительно снижают функциональные возможности известного расходомера.Целью изобретения является повышение точности измерения, надежности работы и расширение функциональных возможностей,Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения расхода воды, содержащее блок контроля уровня и первый блок индикации, введены блок приема и обработки информации, подключенный входами к выходам блока контроля уровня, а управляющим выходом - к его входу управления; блок сравнения, блок сигнализации, второй и третий блоки индикации, при этом первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока приема и обработки информации подключены соответственно к50 55 лей-формирователей импульсов, а также первый усилитель-формирователь импульсов с элементом задержки, входы которых являются входами блока, первую и вторую группы регистров, группу реверсивных счетчиков, первый и второй элементы И, элемент задержки, второй усилитель-формирователь импульсов с элементом задержки,триггер, последовательно соединенные генератор импульсов стабильной 10 частоты иформирователь 1 (секундной) и 12 (опроса) частот импульсов, последовательно соедивходам первого, второго и третьего блоков индикации, к управляющему входу первого блока индикации и ко входу блока .сравнения, соединенного выходами соответствен но с первым и вторым входами блокасигнализации, к выходам которого подключены клеммы для выдачи сигналов закрытия электрозадвижек и отключения насосных агрегатов, а клемма для передачи информа ции об интегральных значениях расхода вЭ ВМ или ТМ подключена к шестому выходу блока приема и обработки информации, ка, либрованный шкив блока контроля уровнясодержит две канавки разных диаметров, 15 при этом в канавке с большим диаметромнаматывается трос поплавка и одним концом фиксируется в его отверстии, а другим концом закрепляется на поплавке, который помещен в направляющей трубе, а в канав ке с меньшим диаметром в обратном направлении по отношению к канавке троса поплавка наматывается трос противовеса, который одним концом зафиксирован в отверстии данной канавки, а другим концом 25 закреплен на противовесе, а сам калиброванный шКив посажен и закреплен на один конец оси, которая с помощью подшипника укреплена в передней стенке корпуса блока контроля уровня, а на другом конце оси за фиксирован кодовый барабан с перфорированной поверхностью того же диаметра, что и диаметр канавки калиброванного шкива для намотки троса поплавка, а планка со светодиодами помещена внутри перфори рованной поверхности кодового барабана,причем светодиоды оптически связаны с фотодиодами, которые помещены в планке снаружи перфорированной поверхности кодового барабана, а обе планки с помощью 40 кронштейна закреплены на дне корпусаблока контроля уровня, причем светодиоды подключены к выходу усилителя-формирователя импульсов с мощным выходом, а фотодиоды подключены ко входам группы 45 усилителей фототока, выходы которых являются выходами блок контроля уровня.Блок приема и обработки информациисодержит первую и вторую группы усилитезан выход усилителе-формирователя 22 импульсов с элементом задержки, а выходы первой группы регистров 24 связаны со входом параллельной загрузки группы реверсивных счетчиков 26, четыре выхода окончания счета на уменьшение которой через первый элемент И 27 смзаны с входом сброса триггера 28, выход которого связан е одним входом. второго элемента И 29, с другим входом которого связан выход генератора 30 импульсов стабильной частоты 1 о (1 о - 100 кГц), который одновременно связан со входом формирователя 31 секундной б частоты и частоты б опроса импульсов, причем пврвый выход б (секундной частоты импульсов) непосредственно связан со входом разрешения параллельной загрузки группы реверсивных счетчиков 26 и через элемент задержки 32 свяээв с установочным входом триггера 28, а второй выход 2 (опроса часТоты импульсое преобразователя 31) через второй усйлететгь-Формирователь 33 импульсов с. э)темватом задержки связан со входом усйлитела-формирователя 18 имйульСое с мбЩнцм выходом блока 13 контром уровйя, Выход второго элемента И 29 Смаан а тактовым входом на уменьшение груйпм ФЬверсивкых счетчиков 26, а также е етбрый еходбм регулируемого делителя чаВтФты Э 4, к пврвому входу которого подклю- чМЙ выход задатчика 35 коэффициентов ДМенйл частоты, а выход делителя 34 свявФй со входом последовательно соедйненнйа первого и второго декадных делителей чеетоты 36 и 37, причем первый выход второго декадного делится частоты 37 через счетчйк 8 с йеразруаающейся информацией связан со входоЮ первого дешифрато,р 79, выход Кбторъго является первым владом блока 23 прйема и обработки йнформации и связан с первым входом блока индикации 40. Выход первой группы регистров 24 также связан со входом второго дешифратора 41, выход которого являетея вторым выходом блока 23 и подключен ко ааоду второго блока индикации 42, а поеледбвЭтельно включенные цифроаналог 6 вйй преобразователь 43 и аналоговый регистратор 44 также связаны с выходом первой йруппы реейстроаф 4. Выход второй группы фегистров 25 подключен ко входу третьего Дешифратора 45; выход которого является третьим выходом блока 23 и связан ео входом третьего блока индикации 46; а. четаер- тцМ выходом блОка 23 является второй ввход второго декадного делителя частоты 37, который связан со вторым входом перФВщ блока индикации 40, а пятый выход блоха 23 объединен с входом третьего дежйфратора 45 и подключен ко входу баока сравнения 47, соединенного выходами соответственно с первым и вторым входами блока сигнализации 48, выходы которого связаны с клеммами 49 для выдачи сигналов5 закрытия электрозадвижек и отключениянасосных агрегатов, а второй выход счетчика 38 с неразрушающейся информацией, являющиеся шестым выходом блока 23, связан с клеммой 50 для передачи информа сии об интегральных значениях расходов вэлектронно-вычислительную машину (ЭВМ)или в телемеханику (ТМ),Поскольку направляющая труба 6 нижней частью имеет сообщение с водосливом15 на уровне верхней кромки тонкой стенкиперелива, обеспечивается точное совпадение уровней воды в водосливе и в направляющей трубе 6. Поэтому поплавок 1, помещенный в направляющей трубе 6, удвр живается на уровне воды над тонкой стенкой перелива водослива (см. Фиг,1,в), Следовательно, калиброванный шкив 2 и ось 11 поворачиваются на угол, соответствующий уровню воды над тонкой стенкои пе релива водослива, Поскольку диск кодовогобарабана 14 с перфорированной поверхно.стью жестко закреплен на оси 11, он поворачивается на тот же угол поворота,Как видно из Фиг.2,б; на которой изобра жен небольшой участок перфорированнойповерхности кодового барабана 14, отверстия тактовых импульсов С, длина которыхравна 1 мм, нанесены на перфорированнойповерхности кодового барабана 14 с ийтер 35 валами между собой, равными также 1 мр,а по строчкам каждого отверстия тактовьхимпульсов С расположены отверстия., ФооФ ветствующие секундному расходу ЩФ), ирйчем отверстия нанесены в двоично-:деея.49 тйчйом коде, Поекольку шат дивкретизацййвысоты уровня Н(1) выбран ЬН = 2 мм, томладщий 2 разряд десятичного кода младшего 10 разряда десятичного чиела уровняводы Н(1) на перфорированной поверхности46 кодового барабана 14 отсугетвует,Аналогично запиеываещвя на перфори.рованной поверхности квтвого барабана14 еоотввтсвтующие уровню воды Н(т) значЮтия расходов 0(т) таже в системе двоич 50 йо-десятичного кода, при этом используетсяполный объем четырехразрядного двоичнодесятичного кода, позволяющий заполнитьмаксимальное значение секундного расхода-до 9999 л/с(при необходимости разряд 55 ность двоична-десятичного кода длязапоминания 0(1) можно увеличить),Для перфорирования поверхноетй кодового барабана 14 составляется таблица зависимости уровня и расхода, причем значения уровня берут в миллиметрах, и значе"йия расхода: литр в секундуйзаносятся наперфорированной поверхности кодовогобарабана 14 в виде двоично-десятичных ко"дов, "Нафиг.1,б на представленном маленьком"учаСткеперфорированной поверхностикодового барабана 14 записаны в двоичнодесятйчньм кодезначения высоты уровняН(1), например, для прямоугольного тонкоСтей його водосливаот значения Н 1 = 0424мм, которому"соответствует в нашем Случаезначеййесекундного расхода С 11 = 1012 л/си дозйаченйя уровня Н 1 в = 0458 мм, которому"соответствует-значенйе расхода 01 в =1137 л/с.. Устройство для йзмерения расхода воды" работает следующим образом.,:В исходном состоянии, т.е. после включенияйсточников йитанияи подачи сйгнала"Сброс" устройство приходит в "нулевое"состояние. Следовательно, на блоках индикации"40, 42 и 46 индицируются "нулевые"значенйя, перваяивторая"группа регистров24 и 25, а также группа реверсивных счетчиков 26 находятся в "нулевом" состоянии;кроме"того,"в состоянии "Сброс" находитсятриггер 28; а второй элемент И 29 в запертомсостоянии, т;е.на его выходе не произ"водй 1 ся генерация импульсов то"опорной" стабильной частоты (например,1 о = 100 кГц), Соответственно, в "нулевом"состоянии находится и счетчик 38 с неразруаающейся информацией,После того как в исходном состоянии наустройство подали сигнал "Сброс", на первом -выходе преобразователя 31 появитсякброткий импульс 11 "секундной" частоты(на первом выходе преобразователя 31 короткие импульсы появляются с"периодомг 1 = 1 с, т,е. т 1 = 1 Гц стабильной частоты),который подается на вход разрешенйя параллельной загрузки группы реверсивйыхсчетчиков 26; однако ввиду того, что в первой груйпе регистров 24 отсутствует информация осекуйдном расходе воды, "нулевое"состояние груййы реверсйвных счетчиков26 не изменится; одновременно короткийимпульс т 1 секундной частоты через элементзадержки 32 (время задержки элемента 3 адержки 32 должно быть большевремени, необходимого для параллельноййерезаписи информации из первой группырегистров 24 в группу реверсивных счетчиков 26), подается на установочный ("Зап.1")вход-триггера 28, однако и здесь не меняется состояниетрйггера 28, поскольку на входе "Сброс" удерживается высокий уровеньсигнала,/10ФвйФПериод г 2 йоявлейия импульсов т 2 Опроса" частоты на втором выходе преобразователя 31 можно установить равным либо 1 с, либо 2 с, либо 3 с, либо 4 с и т д. и выбирается в зависимости от йнерционности объекта, т.е. от значения периода гв колебания уровня воды в направляющей трубе 6. В данном Случае "периоД"г 2 следования импульсов частоты 12 должно быть меньше, чем тв - период колебания воды в трубе 6, т,е, йв, чтобы обеспечить требуемую точность цифрового интегрирования секундного расхода 0 во времени. После появления на втором выходе частоты 12 преобразователя 31 импульса опроса, который появляется синхронно с тактовым импульсом 11 "секундной" частоты, импульс "Опроса" со второго выхода преобразователя 31 через второй усилитель-формирователь 33 с элементом задержки (время задержки импульса здесь может быть такое же, как у элемента задержки 32) подается на управляющий вход датчйка уровня 13, т е. на вход усилителя-формирователя 18 импульсов с мощным выходом, на выходе которого обраэуется импульс тока, под действием которого импульсно "зажигаются" все светодиоды на планке 15. В результате на выходах группы усилителей фототока 19 образуются импульсы в виде параллельных двоично-десятичных кодов соответственно текущим значениям 0(1) и Н(с), т.е, те отверстия перфорированной поверхности кодового барабана 14, которые в момент импульсного "зажигания" светодиодов планки 15 окажутся под ними. Таким образом, полученные сигнальные коды через кабели связи подаются в виде параллельных Двоична-десятичных кодов на входы первой и второй групп усилителей-формирователей импульсов 20 и 21, а также на вход первого усилителя-формирователя 22 с элементом задержки блока 23 приема и обработки информации, а с выходов первой и второй групп усилителей-формирователей импульсов 20 и 21 двоично-десятичные коды о текущих зйачениях 0(т) и Н(т) подаются на сигнальные входы первой и второй групп регистров 24 и 25, на тактовые входы С которых с выхода первого усилителя-формирователя 22 импульсов с элементом задержки с некоторой выдержкой во времени подается тактовый импульс С (некоторый временной сдвиг требуется с целью более надежной синхронизации процесса записи информации в регистрах) и произойдет запись информации в регистрах 24 и 25 о текущих значениях секундного расхода 0(т) и уровня воды Н(т) над стенкой переливаводослива. Аналогичным образом, после появления каждого очередного импульса "Опроса" часто.ы 12 на втором выходе формирователя 31 происходит обновление записанной информации в регистрах 24 и 25 об секундных расходах воды Оф и уровня воды Н над стенкой перелива водослива,После появления следующего импульсаб (" секундной" частоты) на первом выходе преобразователя 31 произойдет перезапись секундного значения текущего расхода Сф) из первой группы регистров 24 в группу реверсивных счетчиков 26, импульс б "секундной" частоты через элемент задержки 32 подается на установочный вход триггера 28, который перебросится в "единичное" состояние, В результате откроется второй элемент И 29, и на его выходе начнется генерация импульсов стабильной частоты 1 О, которые одновременно подаются как на тактовый вход на уменьшение группы реверсивных счетчиков 26, так и на второй вход регулируемого делителя частоты 34, В группе реверсивных счетчиков 26 начнется процесс последовательного вычитания из числа ЧЧа -го значения секундного расхода), ранее записанного в группе реверсивных счетчиков 26, тактовых импульсов частоты Го до того момента, пока на всех четырех выходах окончания счета на уменьшение не образуются "нулевые" значения, а на выходе первого элемента И 27 не появится сигнал высокого уровня, и поскольку в этот момент на входе "Зап,1" триггера 28 наблюдается сигнал низкого уровня, то на его выходе появится сигнал низкого "нулевого" уровня и закроет второй элемент И 29, и на его выходе прекратится генерация импульсов следования опорной частоты Го, С помощью задатчика 35 коэффициентов деления частоты устанавливается такое значение коэффициента деления частоты Кд, при котором пачки импульсов следования опорной частоты через регулируемый делитель частоты 34, первый и второй декадные делители частоты 36 и 37 делятся таким образом, что на вход счетчика 38 с неразрушающейся информацией поступают единичные импульсы, каждый из которых соответствует определенному круглому значению расхода воды, например 1 м, 10 м и т,д., а 0,1ззначения расхода воды отсчитывается с по мощью электронного декадного счетчика37, а на цифровых индикаторах первого блока индикации 40 можно наблюдать как целые значения расхода, так и его десятичные значения интегрального расхода воды5 ЧЧат)бт во времени над стенкой водослива, Цифровые значения секундного расхода ЧЧО 1) и соответствующие значения уровня ЧЧн) появляются на цифровых индикаторах соответственно второго и третьего блоков индикации 42 и 46, К тому же двоично-деся. тичные коды, соответствующие секундному расходу ЧЧс воды над стенкой водослива, с выхода первой группы регистров 24 одновременно поступают на вход цифроаналогового преобразователя 43, а с его выхода на вход аналогового регистратора 44, на бумажном рулоне которого регистрируется во времени в виде непрерывного графика, а цифровые коды ЧЧн(т) уровня воды над стен кой водослива с выхода второй группы регистрое 25 одновременно поступают и на вход блока сравнения 47, в котором заранее устанавливают двоично-десятичные коды, соответствующие требуемым граничным значениям уровней воды над стенкой водо 20 слива, Следовательно, при аварийном понижении уровня воды над стенкой водослива или, наоборот, при его затоплении в блоке сравнения 49 произойдет сравнение двоична-десятичных кодов, соответствующих текущим значениям уровня Н(1), с заранее установленными двоична-десятичными кодами, соответствующими граничным значениям уровней воды над стенкой водослива;30 в результате на выходах блока сравнения 47вырабатываются соответствующие сигналы, которые подаются на входы блока сигнализации 48, с выходов которого на клеммы 49 выдаются сигналы закрытия соответству ющих электрозадвижек и отключения соответствующих насосных агрегатов, а с помощью клеммы 50 со второго выхода счетчика 38 с неразрушающейся информацией выдаются коды, соответствующие отдель ным интегральным значениям расходов воды с целью их передачи в электронно-вычислительную машину (ЭВМ) или в телемеханику ТМ).Формула изобретения 45 1, Устройство для измерения расходаводы, содержащее блок контроля уровня и первый блок индикации, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью повышения точности измеоения, надежности работы и расшире ния функциональных возможностей, в неговведены блок приема и обработки информации, подключенный входами к выходам блока контроля уровня; а управляющим выходом - к его входууправления, блок 55 сравнения, блок сигнализации, второй итретий блоки индикации, при этомпервый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока приема и обработки информации подключены соответственно к входам первого, второго и третьего блоков индикации к уп.Орл к роизводственно-издательский комбинат "Патент ород, ул, Гагарина,Заказ 3379 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5