Струйный автогенераторный расходомер диэлектрических жидкостей
Полезная модель относится к электроизмерительной технике, а именно для измерения объемного и массового расхода диэлектрических жидкостей и может быть использовано в нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Предполагаемая полезная модель решает задачу расширения динамического диапазона измерений и снижение зависимости работы расходомера от гидродинамических и внешних механических воздействий. Эта задача решается за счет того, что в струйный автогенераторный расходомер диэлектрических жидкостей, содержащий дифференциальный усилитель, струйный автогенератор с каналами обратной связи, устанавливают первый и второй емкостные датчики, вводят первый и второй повторители напряжения, первый и второй диоды, устройство управления и обработки сигнала, при этом выход первого датчика соединен с первым входом первого диода и с входом первого повторителя напряжений, выход которого соединен со вторым входом устройства управления и обработки сигнала и с первым входом дифференциального усилителя, а выход второго датчика соединен с первым входом второго диода и с входом второго повторителя напряжений, выход которого соединен с третьим входом устройства управления и обработки сигнала и со вторым входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом устройства управления и обработки сигнала, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго диодов. 1 с.п.ф-лы, 3 илл.
Полезная модель относится к электроизмерительной технике, а именно для измерения объемного и массового расхода диэлектрических жидкостей и может быть использовано в нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности.
Известен струйный автогенераторный расходомер-счетчик [1], содержащий дифференциальный усилитель, струйный автогенератор с каналами обратной связи в каждом из которых установлены датчики пульсации давления, подключенные к входам первого дифференциального усилителя, при этом в канале питания струйного автогенератора установлен третий датчик пульсации давления, подключенный к входу второго дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а выход - со схемой формирования сигнала.
Недостатком данного устройства является узкий динамический диапазон измерений и повышенная чувствительность к внешним механическим воздействиям.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является струйный автогенераторный расходомер-счетчик [2], содержащий струйный автогенератор, включающий в себя рабочую камеру, ограниченную боковыми стенками, два сопла управления, два приемных канала, разделитель с вогнутым дефлектором, два сливных канала и два канала обратной связи, преобразователи пульсаций давления в электрический сигнал, расположенные в каналах обратной связи и соединенные с устройством выделения сигнала, пропорционального частоте пульсаций, и вычислительное устройство, дифференциальный манометр, входы которого соединены с имеющими вентили выходами тройников для измерения перепада давления на струйном автогенераторе, при этом выходы
торе, при этом выходы дифференциального манометра и устройства выделения сигнала соединены с входами вычислительного устройства.
Недостатком данного устройства является узкий динамический диапазон измерений и повышенная чувствительность к гидродинамическим и внешним механическим воздействиям, таким как пульсации давления, вибрации и удары, вследствие наличия упругих чувствительных элементов - мембран.
Предполагаемая полезная модель решает задачу расширения динамического диапазона измерений и снижение зависимости работы расходомера от гидродинамических и внешних механических воздействий.
Эта задача решается за счет того, что в струйный автогенераторный расходомер диэлектрических жидкостей, содержащий дифференциальный усилитель, струйный автогенератор с каналами обратной связи, устанавливают первый и второй емкостные датчики, вводят первый и второй повторители напряжения, первый и второй диоды, устройство управления и обработки сигнала, при этом выход первого датчика соединен с первым входом первого диода и с входом первого повторителя напряжений, выход которого соединен со вторым входом устройства управления и обработки сигнала и с первым входом дифференциального усилителя, а выход второго датчика соединен с первым входом второго диода и с входом второго повторителя напряжений, выход которого соединен с третьим входом устройства управления и обработки сигнала и со вторым входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом устройства управления и обработки сигнала, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго диодов.
На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства струйного автогенераторного расходомера диэлектрических жидкостей.
На фиг.2 пример реализации устройства управления и обработки сигнала.
На фиг.3 приведены эпюры работы устройства струйного автогенераторного расходомера-счетчика.
Струйный автогенераторный расходомер состоит из струйного автогенератора 1, каналов обратной связи 2 и 3, емкостных датчиков 4 и 5, диодов 6 и 7, повторителей напряжения 8 и 9, дифференциального усилителя 10, устройства управления и обработки сигнала 11.
В каналах обратной связи 2 и 3 струйного автогенератора 1 установлены емкостные датчики 4 и 5, выходы которых соединены с диодами 6 и 7 и повторителями напряжения 8 и 9, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя и устройства управления и обработки сигнала.
Струйный автогенераторный расходомер диэлектрических жидкостей работает следующим образом.
При протекании через автогенератор 1 потока диэлектрической жидкости в каналах 2 и 3 возникают противофазные пульсации давления с частотой, пропорциональной объемному расходу. При этом диэлектрическая жидкость протекает по каналу 2, в то время как в канале 3 диэлектрическая жидкость находиться без движения и наоборот.
В каналах 2 и 3 установлены два емкостных датчика. Емкостной датчик представляет собой конденсатор, обкладки которого размещены в каналах обратной связи, при этом второй обкладкой является корпус струйного автогенератора. Заряженный конденсатор в течение некоторого времени сохраняет свой заряд, если поляризованный при подаче напряжения диэлектрик находится между его обкладками, разряд конденсатора обусловлен током утечки. Если диэлектрик начнет перемещаться, то часть заряда уйдет из этого пространства, что приведет к снижению заряда в конденсаторе и уменьшению электрического заряда на его обкладках. Использование емкостных датчиков необходимо для определения уменьшения электрического заряда, пропорционального скорости движения диэлектрической жидкости. К выходам емкостных датчиков подключены входы повторителей напряжения 8 и 9 с
малыми токами утечек. Выходные напряжения с повторителей напряжения 8 и 9 подаются на входы устройства управления и обработки сигнала 11 и входы дифференциального усилителя 10. Устройство управления и обработки сигнала 11 при напряжениях на выходах одного из датчиков ниже заданного порогового уровня, обеспечивает зарядку обоих датчиков до номинального напряжения импульсом с заданной малой длительности. Далее емкостные датчики продолжают разряжаться за счет сноса зарядов и токов утечек. При наличии протока через емкостные датчики разряд конденсатора датчика, установленного в канале с протоком жидкости в этот момент, будет ускорен. При достижении разрядки до заданного порога, устройство управления и обработки сигнала обеспечивает последующую зарядку обоих датчиков до номинального уровня, после чего процесс повторяется. На выходе дифференциального усилителя 10 формируется разностный сигнал, определяемый в основном сносом заряда за счет протока диэлектрической жидкости. Устройство управления определяет частоту переключении струйного автогенераторного расходомера, которая не зависит от гидродинамических и внешних механических воздействий и пропорциональна расходу диэлектрической жидкости, при этом частота переключении стабильна в широком диапазоне измеряемых расходов.
Устройство управления и обработки сигнала (фиг.2) работает следующим образом.
Коммутатор обеспечивает поочередное подключение каналов измерения с выходов датчиков и дифференциального усилителя к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и компаратора, который сравнивает напряжения с выходов каналов измерения с опорным. Выходное напряжение с компаратора подается на устройство стробирования (например, элемент И-НЕ) на другой вход которого подаются импульс разрешения с устройства управления синхронизированный с выдачей соответствующих напряжений с выхода коммутатора. При уменьшении выходных напряжений с датчиков ниже заданного уровня KUoп с выхода устройства стробирования логический
сигнал подается на устройство управления, которое выдает импульс подзарядки датчиков, подаваемый на устройство формирования импульсов. Генератор тактовых импульсов обеспечивает выдачу тактовых импульсов на устройство управления.
АЦП обеспечивает преобразование аналогового напряжения в цифровой код, при этом его начало измерения синхронизируется устройством управления с подачей напряжения соответствующего канала. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) обеспечивает запоминание текущего выходного кода АЦП, кода АЦП предыдущего измерения, кода АЦП выходного напряжения дифференциального усилителя (ДУ) после зарядки датчика и выдачу на выходы ОЗУ кодов для их сравнения, подаваемых на устройство сравнения кодов, выдающее результат сравнения кодов на устройство управления. При этом в процессе работы сравниваются результаты текущего измерения и предыдущего измерения. При подаче импульса подзарядки датчиков запоминается код выходного напряжения ДУ, но его сравнение производится в следующий такт с текущим кодом АЦП. При изменении знака разности кодов текущего и предыдущего измерения (изменения первой производной напряжения ДУ) устройство управления формирует изменение логического уровня выходного сигнала, что соответствует моменту переключения струйного автогенератора. Таким образом, устройство управления определяет длительность пульсаций по каналам струйного автогенераторного расходомера-счетчика, а следовательно частоту переключении струйного автогенераторного расходомера-счетчика.
Для пояснения порядка измерений на фиг.3 показаны эпюры работы устройства.
На фиг.3а и 3б изображены пульсации давления струи в каналах 2 и 3 соответственно.
На фиг.3в и 3г показаны падения напряжений на конденсаторах емкостных датчиков, установленных соответственно в каналах 2 и 3. UП - пороговый
уровень напряжения, при достижении которого происходит перезаряд емкостей напряжения.
На фиг.3д изображен разностный сигнал с выхода дифференциального усилителя 10.
На фиг.3е показаны выходные импульсы генераций.
По фиг.3е находят t 2 - период колебаний струйного автогенератора. Частота переключении струйного автогенератора пропорциональна расходу, проходящему через струйный автогенераторный расходомер-счетчик.
Таким образом, предлагаемая полезная модель решает задачу расширения динамического диапазона измерений и снижение зависимости работы расходомера от гидродинамических и внешних механических воздействий.
Литература
1. Патент RU 2129256, G 01 F 1/20, F 15 C 1/22, 1998.
2. Патент RU №2175436, G 01 F 1/20, 25/00, 1/86, 1999.
Струйный автогенераторный расходомер диэлектрических жидкостей, содержащий дифференциальный усилитель, струйный автогенератор с каналами обратной связи, в каждом из которых установлены датчики, отличающийся тем, что в качестве датчиков использованы первый и второй емкостные датчики, а в устройство введены первый и второй повторители напряжения, первый и второй диоды, устройство управления и обработки сигнала, при этом выход первого датчика соединен с первым входом первого диода, первым входом дифференциального усилителя и с входом первого повторителя напряжений, выход которого соединен со вторым входом устройства управления и обработки сигнала, а выход второго датчика соединен с первым входом второго диода, вторым входом дифференциального усилителя и с входом второго повторителя напряжений, выход которого соединен с третьим входом устройства управления и обработки сигнала, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом устройства управления и обработки сигнала, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго диодов.
