Датчик-расходомер с обнаружением источников сбоев

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована для измерения расходов жидкости, газа или пара - в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине.

Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей датчика за счет обнаружения и регистрации в его работе источников скрытых дефектов (сбоев).

Датчик-расходомер с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит датчики сбоев - контактные, работающие по информативному признаку интегрирования сигналов, и бесконтактные, работающие по информативному признаку «Электромагнитное излучение». 1 н.п. и 4 з.п. формулы, 1 илл.

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована для измерения расходов жидкости, газа или пара - в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине.

Технический результат заключается в повышении точности диагностирования, который достигается за счет того, что в качестве источников сбоев обнаруживаются и регистрируются: измерительный блок, фильтр защиты от помех; аналого-цифровой преобразователь, цифровой следящий фильтр и микроконтроллер с соответствующими разъемами и линиями связи, а также внутреннее электромагнитное воздействие (помеха).

Эффект достигается вследствие включения в указанные блоки контактных и бесконтактных датчиков сбоя, а также добавлением алгоритмов обработки электрических сигналов с указанных датчиков. При этом в качестве информативных параметров датчиков используется повышенное электромагнитное излучение, а также появление эффекта интегрирования сигналов.

Известен датчик-расходомер с самопроверкой, позволяющий фиксировать действие на аппаратуру отдельных помех (сбоев) и устранять их влияние (WO 93/21505 A1, G01F 1/84 от 28.10.1993 г.). Недостаток устройства - невозможность установления источников помех.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство обнаружения источников сбоев в датчиках-расходомерах, содержащее последовательно соединенные измерительный блок, фильтр защиты от помех, аналого-цифровой преобразователь, цифровой следящий фильтр, связанные выходами с микроконтроллером соответственно через бесконтактные датчики сбоев, причем вторым выходом - входом цифровой следящий фильтр подключен к входу-выходу контроллера непосредственно. (Патент РФ 2296952, G01F 1/00, G01F 15/00, G01R 31/02 от 10.08.2006 г.). Недостаток устройства - низкая достоверность обнаружения источников сбоев, в том числе и при действии внутренних электромагнитных помех.

Задача, решаемая полезной моделью, - расширение функциональных возможностей по обнаружению скрытых дефектов в виде сбоев элементов и узлов за счет введения контактных и дополнительно бесконтактных датчиков сбоев с соответствующей обработкой информации (сигналов).

Поставленная задача решается тем, что в качестве источников сбоев обнаруживаются и регистрируются измерительный блок, фильтр защиты от помех, аналого-цифровой преобразователь, цифровой следящий фильтр и микроконтроллер с соответствующими разъемами и линиями связи, а также внутреннее электромагнитное воздействие (помеха).

Поставленная задача решается также тем, что в указанные блоки включается контактные и бесконтактные датчики сбоя, а также добавлениям алгоритмов обработки электрических сигналов с указанных датчиков.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве информативных признаков при обнаружении источников сбоев используются повышенное электромагнитное излучение и эффект интегрирования сигналов.

Поставленная задача решается также тем, что контактные датчики сбоев реализованы на конденсаторах с параллельно подключенными компараторами, нагруженными на средства индикации или регистрации.

Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании контактных и бесконтактных датчиков сбоев на одной линии связи источником сбоев устанавливают внутреннее электромагнитное воздействие (помеху).

Решение поставленной задачи определения сбойных состояний и источников сбоев в виде линий связи, соединителей (разъемов) и интерфейсных шин по информативным параметрам повышенного электромагнитного излучения и появления эффекта интегрирования электрических сигналов основано на представлении скрытых дефектов упомянутых фрагментов аппаратуры в виде микрозазоров, микронеровностей, микротрещин, частичных микроразрывов и образовании вследствие этого микрорезонансных контуров, а также резкого (в десятки раз) увеличения сопротивления линии связи.

На фиг.1 приведена блок-схема датчика-расходомера (без вычислителя расхода ВР). Устройство содержит измерительный блок (ИБ) 1, фильтр защиты от помех (ФЗП) 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, цифровой следящий фильтр (ЦСФ) 4, импульсный выход (ИВ) 5, микроконтроллер (МК) 6, а также бесконтактные датчики сбоев (БДС) с 7 по 11 (в общем случае таких датчиков может быть N) и контактные датчики сбоев (КДС) с 12 по 21 (в общем случае таких датчиков может быть Q+1). Кроме того, на фиг.1 пунктиром обведен электронный блок (ЭБ). При этом часть контактных (КДС3, КДС4) и бесконтактных датчиков (БДС2) имеет выход на микроконтроллер (МК) 6, остальные датчики сбоев имеют автономную систему индикации. Бесконтактные связи датчиков БДС 7-11 с линиями связи показаны в виде изогнутых стрелок - «молний». Данные датчики устанавливаются в непосредственной близости (1-2 см) от контролируемых линий связи, интерфейсных шин, контактирующих устройств, шин заземления.

Контактные датчики сбоев (КДС) 12 - «Q+1» устанавливаются на соответствующих линиях связи, интерфейсных шинах, на выходах (входах) передатчиков (приемников) сигналов.

Алгоритм функционирования контактных датчиков сбоя следующий. Например, одновременное срабатывание КДС1 и КДС2 свидетельствует о сбое выходной контактной пары «вилка-розетка» измерительного блока (ИБ) 1, через которую, а также линию связи осуществляется передача сигналов на вход фильтра защиты от помех (ФЗП) 2. Срабатывание только одного датчика (КДС) 2 говорит об источнике сбоев в линии связи между блоками 1 и 2. Дополнительное срабатывание бесконтактного датчика сбоев (БДС1) 7 будет свидетельствовать о нарушении (например, плохом контакте) в изолирующей («земляной») шине и появлении внутреннего электромагнитного воздействия (помехи).

Аналогично функционирует контактные и бесконтактные датчики сбоев на других линиях связи или интерфейсных шинах. Разница в диагностировании интерфейсной шины, осуществляющей связь микроконтроллера (МК) 6 и цифрового следящего фильтра (ЦСФ) 4 по сравнению с диагностированием на сбои остальных линий заключается в том, что при этом учитывается направление передаваемого сигнала, а также задержка в запаздывании сигнала. Например, более раннее срабатывание датчика 20 по сравнению с датчиком 21 и передаче сигналов с выхода микроконтроллера 6 на вход ЦСФ 4 свидетельствует об источнике сбоев в контактной паре на выходе МК 6, а при изменении прохождения сигналов на обратное - об источнике сбоев в линии связи между указанными блоками 6 и 4. Срабатывание только датчика 21 между указанными блоками 6 и 4. Срабатывание только датчика 21 говорит об источнике сбоев в линии связи при передаче сигналов от блока 6 к блоку 4. В свою очередь срабатывание датчика 21 и последующее срабатывание датчика 20 фиксирует источник сбоев в контактной паре блока 4.

Реализация контактных датчиков сбоя достаточно проста и заключается, например, в подключении к соответствующим точкам конденсаторов малой емкости (десятые и сотые доли пикофарады) и параллельно с ними компараторов с автономной индикацией или выходом подключенных к микроконтроллеру, настроенных на заданное напряжение уровня сбоя (например, 5 вольт). Тогда при сбойном нарушении в линии связи и в контактных парах на ее концах образуется большое добавочное сопротивление (в десятки раз превышающее сопротивление в режиме нормального функционирования линии связи или контактной пары). Данное сопротивление вместе с последовательно включенной емкостью образует интегрирующую цепочку с накоплением электрического заряда на емкости, что и может быть зафиксировано как сбой автономными средствами индикации или микроконтроллером (МК) 6.

Принцип действия БДС основан на регистрации дополнительного (сверх допустимого) электромагнитного излучения источника сбоев за счет образования микрорезонансных контуров. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частном случае, может быть построена на пассивных L, C - элементах, установленных на расстоянии 1-2 см от предполагаемого источника сбоев. Идеология включения БДС, а также алгоритм их функционирования в устройстве аналогичен контактным датчикам сбоев. Основное отличие (кроме информативного параметра) - в величине фиксируемого сигнала в зависимости от расстояния до источника сбоев. Сигналы с БДС также могут быть использованы для дальнейшей обработки либо в микроконтроллере (МК) 6, либо (при необходимости) иметь автономную систему регистрации.

1. Датчик-расходомер с обнаружением источников сбоев, содержащий последовательно соединенные измерительный блок, фильтр защиты от помех, аналого-цифровой преобразователь, цифровой следящий фильтр, связанные выходами с микроконтроллером соответственно через бесконтактные датчики сбоев, причем вторым выходом-входом цифровой следящий фильтр подключен к входу-выходу контроллера непосредственно, отличающийся тем, что в качестве источников сбоев обнаруживаются и регистрируются измерительный блок, фильтр защиты от помех, аналого-цифровой преобразователь, цифровой следящий фильтр и микроконтроллер с соответствующими разъемами и линиями связи, а также внутреннее электромагнитное воздействие (помеха).

2. Датчик-расходомер с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающийся тем, что в указанные блоки включаются контактные и бесконтактные датчики сбоя, а также добавлением алгоритмов обработки электрических сигналов с указанных датчиков.

3. Датчик-расходомер с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающийся тем, что в качестве информативных признаков при обнаружении источников сбоев используются повышенное электромагнитное излучение и эффект интегрирования сигналов.

4. Датчик-расходомер с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающийся тем, что контактные датчики сбоев реализованы на конденсаторах с параллельно подключенными компараторами, нагруженными на средства индикации или регистрации.

5. Датчик-расходомер с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающийся тем, что при одновременном срабатывании контактных и бесконтактных датчиков сбоев на одной линии связи источником сбоев устанавливают внутреннее электромагнитное воздействие (помеху).