PL175121B1

PL175121B1 - Sposób i urządzenie do kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu przez przepływomierz

Info

Publication number: PL175121B1
Application number: PL94314851A
Authority: PL
Inventors: François Plisson; Philippe Janet; Frédéric Puybaret
Original assignee: Schlumberger Ind Sa
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1998-11-30
Also published as: HUT76506A; HU9601561D0; WO1995016189A1; DE69416326D1; PL314851A1; US5747703A; SK72496A3; CN1055994C; ES2128700T3; FR2713760B1; EP0734510A1; FR2713760A1; EP0734510B1; CN1141077A; KR960706630A; JPH09506175A; HU218336B; TR28272A; CA2178503A1; DE69416326T2

Abstract

13. Urzadzenie do kontroli zmian biezacej wartosci natezenia przeplywu plynu przez przeplywomierz zawierajacy zespól pomiarowy i walek obrotowy polaczony z zespolem po- miarowym i obracajacy sie wokól wlasnej osi, gdy przez zespól pomiarowy przeplywa pewna objetosc plynu, znamienne tym, ze jest zbudowane z co najmniej jednego czujnika (32, 36) skie- rowanego w strone co najmniej jednego znacznika (20, 22) zwia- zanego z obrotowym walkiem (1), do tworzenia binarnych sygnalów wyjsciowych zaleznych od polozenia czujnika (32, 36) wzgledem znacznika (20, 22), obwodu (50, 52) generowania kolejnych sygnalów elektrycznych doprowadzanych do czujnika (32, 36), obwodu (60, 62) generowania wyjsciowych sygnalów elektrycznych na podstawie binarnych sygnalów wyjsciowych dostarczanych przez czujnik (32, 36), przy czym wyjsciowy sygnal elektryczny reprezentuje w czasie bitów odpowiadajacych dete- kcji lub brakowi detekcji ruchu obrotowego walka (1), oraz obwodu przetwarzania (72, 74, 80) wyjsciowych sygnalów ele- ktrycznych dla okreslania biezacej wartosci natezenia przeplywu plynu w calym zakresie natezen przeplywu i wzgledem zadanej z góry wartosci natezenia przeplywu plynu. ( 1 2 ) OPIS PATENTOWY FIG. 3 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu przez przepływomierz.

Znane są dwa rodzaje przepływomierzy, mianowicie przepływomierze turbinowe i przepływomierze wyporowe mające membrany, których wspólną cechą jest to, że zawi.erają zespół pomiarowy przez który przepływa pewna objętość płynu i z którym połączony jest wałek, który jest wprowadzany w ruch obrotowy wokół jego własnej osi pod wpływem płynu przepływającego przez zespół pomiarowy. Wałek może być bezpośrednio połączony z zespołem pomiarowym, jak w przepływomierzu turbinowym, lub może być połączony pośrednio z zespołem pomiarowym, jak w przepływomierzu wyporowym mającym membrany, przy czym każdy obrót wałka obrotowego reprezentuje daną objętość płynu.

W celu określenia bieżącej wartości natężenia przepływu płynu przez przepływomierz, wystarczy wykrywać dokładnie ruch obrotowy wałka w czasie. Jednak dokładna detekcja ruchu obrotowego wałka jest bardzo trudna, na przykład z powodu tarcia pomiędzy różnymi poruszającymi się elementami w przepływomierzu i mechanizmie pomiarowym przepływomierza, co powoduje nierównomierności w ruchu obrotowym i w ten sposób nieciągłości zmian prędkości obrotowej wałka. Ponadto, wałek może podlegać w niewielkim

175 121 stopniu drganiom. Wszystko to powoduje, że nie można dostatecznie dokładnie określić położenie wałka, co czyni bardzo trudnym dokonywanie następnie elektronicznego przetwarzania dla określenia natężenia przepływu płynu. Oprócz tego, gdy przepływomierz jest wyposażony we własne źródło energii, na przykład w baterię, celowym jest zmniejszenie zużycia energii wymienionego przepływomierza dla zwiększenia żywotności źródła energii.

Przepływomierze są jednak potrzebne nie tylko do dokładnego i przy niskich kosztach energii określania bieżącej wartości natężenia przepływu płynu, lecz są one także potrzebne do kontrolowania zmian w czasie wymienionej wartości, w całym zakresie natężeń przepływu i w odniesieniu do zadanych z góry wartości natężenia przepływu płynu znajdujących się w tym zakresie.

Na przykład, gdy natężenie przepływu płynu osiąga zadaną z góry wartość maksymalną zakresu pomiaru natężenia przepływu przepływomierza, to wówczas konieczne jest ze względów bezpieczeństwa szybkie zareagowanie poprzez zamknięcie zaworu usytuowanego po stronie dopływu do płynomierza. Aby to wykonać, należy znać bieżącą wartość natężenia przepływu w całym zakresie, aż do zadanej z góry wartości maksymalnej. Na przykład, dla domowego gazomierza do określania wartości maksymalnej wymagana jest dokładności rzędu 2% do 5%.

Oprócz tego, podczas pracy przepływomierza natężenie przepływu może się zmieniać nagle i może przyjmować wartość większą od z góry określonej wartości maksymalnej, to jest może on przyjąć wartość nadmiernego natężenia przepływu. Ważnym jest wówczas po pierwsze, aby szybko zauważyć ten wzrost bieżącej wartości natężenia przepływu i po drugie, aby być w stanie oddziałać natychmiast na zawór. Na przykład, dla domowego gazomierza o maksymalnej wartości natężenia przepływu wynoszącej 6 m³/h, nadmierne natężenie przepływu może osiągać wartości rzędu 50 mi/h w 100 ms, dając około 15 sekund na zamknięcie zaworu.

Z powyższego wynika, że bardzo ważne jest kontrolowanie zmian natężenia przepływu płynu w odniesieniu do wymienionej maksymalnej wartości natężenia przepływu i wartości nadmiernego przepływu, a ponadto ważna jest możliwość śledzenia tych zmian w całym zakresie natężeń przepływu, to jest unikanie braku jakichś detekcji położeń wałka odzwierciedlających wzrost prędkości obrotowej wałka i tym samym natężenia przepływu.

Znane jest stosowanie czujników magnetycznych do detekcji ruchu obrotowego wałka. W takiej konfiguracji do obrotowego wałka przymocowanyjest czujnik magnetyczny, zaś drugi czujnik magnetyczny jest przymocowany do nieruchomej podpory, zaś przy każdym obrocie wałka, gdy te dwa czujniki znajdują się naprzeciw siebie, nieruchomy czujnik przekazuje impuls, który odpowiada danej objętości płynu. Aby jednak zapewnić odporność na działanie zewnętrznych pól magnetycznych, przepływomierze zawierające czujniki magnetyczne muszą być wyposażone w specjalna ochronę, na przykład w ekranowanie magnetyczne.

Znane jest także stosowanie rezonansowych układów detekcyjnych do detekcji ruchu obrotowego wałka, lecz układy takie nie są w stanie spełnić wymagań wynikających z podstawionego problemu.

W europejskim opisie patentowym nr 0 128 838 jest opisany domowy gazomierz zawierający zespół do pomiaru objętości gazu, nazywany także blokiem pomiarowym, który jest połączony z jednym końcem wałka obrotowego poprzez mechaniczny układ przekładniowy. Każdy obrót wałka reprezentuje objętość gazu, która przeszła przez zespół pomiarowy gazomierza.

Europejskie opisy patentowe nr nr 0 328 031 i 0 264 856 ujawniają sposób identyfikacji warunków przepływu strumienia płynu, który służy do wyznaczenia jego trzech parametrów: natężenia przepływu, średniego natężenia przepływu i czasu, dla określenia normalnego zakresu miernika o nieznanych właściwościach. Podstawę tego określenia parametrów stanowi etap uczenia się, w którym następuje wykrycie i zarejestrowanie wartości tych parametrów podczas eksploatacji miernika. Następnie, jeżeli parametry nie mieszczą się w zakresie określonym przez wartości zarejestrowane, to następuje uruchomienie i zamknięcie odpowiedniego zaworu.

175 121

Z kolei we francuskim opisie patentowym nr 2 663 416 opisano przepływomierz strumieniowy o zadanym z góry natężeniu przepływu. Przepływomierz zawiera czujnik przepływu, który mierzy natężenie przepływu, i układ elektryczny, który porównuje zmierzone natężenie przepływu z zadanym natężeniem przepływu. Układ elektroniczny zawiera układ detekcji błędów, który jest w stanie wykrywać obecność błędu i wytwarzać sygnał ostrzegawczy przy wykryciu pewnego przesunięcia poziomu natężenia przepływu przy zerowyn natężeniu przepływu lub przy bardzo małych upływach.

Istotą sposobu kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu przez przepływomierz, według wynalazku, który zawiera zespół pomiarowy i wałek obrotowy połączony z zespołem pomiarowym i obracający się wokół własnej osi, gdy przez zespół pomiarowy przepływa pewna objętość płynu, jest to, że poddaje się detekcji obrotowe i nieobrotowe ruchy wałka przy częstotliwości próbkowania, która jest zmienna przy zastosowaniu zadanej z góry relacji próbkowania i określona jako funkcja co najmniej jednej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu, i następnie przetwarza się sygnały elektryczne odpowiadające detekcji i brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka przy częstotliwości próbkowania oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu i względem zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu zawartej w całym zakresie natężeń przepływu.

Korzystnie według wynalazku poddaje się detekcji obrotowe i nieobrotowe ruchy wałka przy co najmniej dwóch wartościach częstotliwości próbkowania fi i f2 zadanych z góry przez relację próbkowania, przy czym pierwszą częstotliwość próbkowania fi określa się jako funkcję pierwszej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Qi, a drugą częstotliwość próbkowania f2 określa się jako funkcję pierwszej zdanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Qi i drugiej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Q2, gdzie fi< f2 i Qi<Q2, oraz przy częstotliwościach próbkowania fi i f2 określających dwa zakresy natężeń przepływu zachodzących na siebie częściowo. Jeden zakres natężeń przepływu rozciąga się do wartości natężenia przepływu Q'i określonej przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi, gdzie Qi<Q'i<Q 2, a drugi zakres natężeń przepływu rozciąga się od wartości natężenia przepływu Q '2 określonej przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi do drugiej zadanej z góry wartości natężenia przepływu Q2, gdzie Qi<Q'2 <Q'i, po czym przetwarza się sygnały elektryczne będące funkcją częstotliwości próbkowania fi i f2 oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu w odniesieniu do wymienionych zakresów natężeń przepływów.

Korzystnie przed przetwarzaniem sygnałów elektrycznych generuje się większą liczbę kolejnych sygnałów elektrycznych przy częstotliwości próbkowania, która jest zmienna przy zastosowaniu zadanej z góry relacji próbkowania, i doprowadza się każdy z wymienionych sygnałów elektrycznych do co najmniej jednego czujnika skierowanego w stronę co najmniej jednego znacznika związanego z wałkiem obrotowym, do tworzenia binarnych sygnałów wyjściowych zależnych od położenia czujnika względem znacznika, po czym generuje się z binarnych sygnałów wyjściowych elektryczne sygnały wyjściowe reprezentujące kolejność w czasie bitów odpowiadających detekcji i brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka, przy czym każda detekcja reprezentuje daną objętość płynu.

Korzystnie jest także, gdy w trakcie generowania kolejnych sygnałów elektrycznych, podczas pierwszego przedziału czasu Ati, generuje się co najmniej jeden sygnał elektryczny przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi, zaś podczas drugiego przedziału czasu At2, kolejnego po pierwszym przedziale czasu Ati, generuje się co najmniej jeden sygnał elektryczny przy drugiej częstotliwości próbkowania f2, po czym powtarza się obydwa powyższe etapy.

Korzystnie przetwarza się w sposób ciągły bity reprezentujące detekcję i brak detekcji ruchu obrotowego wałka pochodzące od sygnału wyjściowego przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi, zaś na końcu przedziału czasu Ati, podczas którego przetwarza się bity przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi, przetwarza się w sposób ciągły bity reprezentujące detekcję i brak detekcji ruchu obrotowego wałka pochodzące od sygnału wyjściowego przy drugiej częstotliwości próbkowania f2, po czym powtarza się obydwa powyższe etapy.

175 121

Korzystne jest ponadto, gdy generuje się w sposób ciągły większą liczbę kolejnych sygnałów przy trzeciej częstotliwości próbkowania f3 większej od drugiej częstotliwości próbkowania f2, wybranej jako funkcji trzeciej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Q3, gdzie Q3< Qt, funkcji drugiej częstotliwości próbkowania funkcja f2 i funkcji liczby znaczników związanych z wałkiem obrotowym, oraz oblicza się liczbę detekcji ruchu obrotowego wałka i określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu względem zadanych z góry pierwszej i trzeciej wartości natężenia przepływu płynu Q₃ i Q3.

Ponadto przetwarza się równocześnie i w sposób ciągły bity sygnału wyjściowego przy pierwszej i drugiej częstotliwościach próbkowania ty i f2, oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu względem zadanych z góry pierwszej i drugiej wartości natężenia przepływu płynu Q1 i Q2, zwłaszcza względem dwóch zakresów natężenia przepływu.

Korzystnie w trakcie przetwarzania bitów przy pierwszej częstotliwości próbkowania ty wybiera się i zapamiętuje pewną liczbę ty bitów przy pierwszej częstotliwości próbkowania ty w przedziale czasu I1/f1, sumuje się bity ty podczas ich zapamiętywania oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu aż do zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Q' 2, z dokładnością zależną od wprowadzonej liczby bitów I1 i pierwszej częstotliwości próbkowania ty. Ponadto przed sumowaniem bitów I1, przypisuje się każdemu z nich współczynnik korygujący do poprawy dokładności przy określaniu bieżącej wartości natężenia przepływu płynu, albo też zapamiętuje się bity ty w rejestrze przesuwnym o ty pozycjach bitowych, i przypisuje się identyczny i maksymalny współczynnik korygujący każdej centralnej pozycji bitowej, podczas gdy przypisuje się odpowiednio wzrastające i malejące współczynniki pozycjom bitowym odpowiadającym zapamiętanym bitom ostatniemu i pierwszemu.

Korzystne jest także, gdy podczas przetwarzania bitów przy drugiej częstotliwości próbkowania f2, wybiera się zadaną z góry liczbę I2 bitów sygnału wyjściowego i identyfikuje się w tych bitach I2 liczbę bitów reprezentujących detekcje ruchu wałka, przy czym dla przypadku, gdy zidentyfikowana liczba jest nie mniejsza od zadanej z góry liczby I3, to bieżąca wartość natężenia przepływu płynu znajduje się pomiędzy zadanymi z góry wartościami natężenia przepływu Q'2 i Q2, zaś dla przeciwnego przypadku bieżąca wartość jest mniejsza od Q'2.

Korzystnie przed odtworzeniem sygnału określa się, czy ruch wałka jest ruchem obrotowym względnie ruchem drgającym przez doprowadzenie na przemian do drugiego czujnika sygnałów elektrycznych oraz przez identyfikowanie i wybieranie kolejnych binarnych sygnałów wyjściowych czujników.

Istotą urządzenia według wynalazku do kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepłfywu płynu przez przepływomierz zawierający zespół pomiarowy i wałek obrotowym połączony z zespołem pomiarowym i obracający się wokół własnej osi, gdy przez zespół pomiarowy przepływa pewna objętość płynu, jest to, że jest zbudowane z co najmniej jednego czujnika skierowanego w stronę co najmniej jednego znacznika związanego z obrotowym wałkiem, do tworzenia binarnych sygnałów wyjściowych zależnych od położenia czujnika względem znacznika, obwodu generowania kolejnych sygnałów elektrycznych doprowadzanych do czujnika, obwodu generowania wyjściowych sygnałów elektrycznych na podstawie binarnych sygnałów wyjściowych dostarczanych przez czujnik, przy czym wyjściowy sygnał elektryczny reprezentuje w czasie bitów odpowiadających detekcji lub brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka, oraz obwodu przetwarzania wyjściowych sygnałów elektrycznych dla określania bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu i względem zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu.

Korzystnie obwód przetwarzania zawiera blok wybierania zadanej z góry liczby bitów sygnału wyjściowego oraz obwód przetwarzania zawiera obwód pamięciowy, który razem z elektronicznym blokiem realizującym funkcję sumatora tworzy obwód sumowania zapamiętanych bitów do określania bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu, przy czym obwód pamięciowy bitów zawiera co najmniej jeden rejestr przesuwny.

175 121

Korzystnie obwód przetwarzania zawiera elektroniczny blok realizujący także funkcję korygowania bitów.

Korzystnie blok wybierania zadanej z góry liczby bitów sygnału wyjściowego zawiera blok wybierania zadanej z góry liczby bitów sygnału wyjściowego przy częstotliwości próbkowania oraz dołączony do niego blok identyfikacji wśród wymienionych bitów liczby bitów reprezentujących detekcję ruchu wałka.

Korzystne jest ponadto, gdy czujnik jest czujnikiem optycznym a znaczniki są znacznikami widzialnymi, zaś urządzenie zawiera obracające się zgodnie z ruchem obrotowym wałka koło z występami względnie widzialnymi znacznikami o liczbie równej D1 oraz obracające się zgodnie z ruchem obrotowym wałka drugie koło z występami względnie widzialnymi znacznikami o liczbie równej D2, gdzie D2>D1.

Korzystne jest także, gdy urządzenie zawiera obwód określania, czy ruch wałka jest ruchem obrotowym czy ruchem drgającym, przy czym obwód ten zawiera drugi czujnik optyczny dla każdego koła umieszczony względem pierwszego czujnika optycznego pod kątem równym połowie szerokości do jednego z występów oraz układ elektroniczny rozróżniania drgań i obracania się wałka.

Korzystnie każdy czujnik optyczny jest utworzony przez nadajnik i przyporządkowany jemu odbiornik, które są umieszczone naprzeciw siebie po obu stronach toru występów koła.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest umożliwienie detekcji maksymalnego natężenia przepływu płynu i nadmiernego natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu, przy możliwie najmniejszym zużyciu energii.

Wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres zmian bieżącej wartości natężenia przepływu gazu w funkcji natężenia rzeczywistego przepływu gazu, fig. 2 - wykres różnych zakresów natężeń przepływu kontrolowanych sposobem według wynalazku, fig. 3 przekrój kół zębatych i czujników optycznych urządzenia według wynalazku, fig. 4 - inny przekrój kół zębatych i czujników optycznych urządzenia z fig. 3, fig. 5 - schemat blokowy elektronicznych bloków funkcjonalnych urządzenia według wynalazku, fig. 6 - sekwencje impulsów Va i Vb dla zasilania czujników optycznych A i B, fig. 7 - wykresy sygnałów występujących w urządzeniu według wynalazku, fig. 8 - schemat elektryczny bloku elektronicznego do detekcji ruchu wałka w urządzeniu według wynaalaku, zaś fig. 9 - schemat elektryczny bloku wybierania zadanej z góry liczby bitów sygnału wyjściowego w urządzeniu według wynalazku.

Rozwiązanie według wynalazku zostanie opisane w odniesieniu do przepływomierzy, zwłaszcza mających membrany domowych gazomierzy. Taki przepływomierz zawiera zespół pomiarowy, który jest połączony z jednym końcem obrotowego wałka poprzez mechaniczny układ przekładniowy. Każdy obrót wałka reprezentuje objętość gazu, która przeszła przez zespół pomiarowy. Przepływomierz zawiera także urządzenie do kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu gazu oraz układ do detekcji położenia obrotowego wałka w różnych chwilach czasu.

Dla powyższego typu przepływomierzy, wyposażonych w ich własne źródło zasilania, problem stanowi kontrolowanie zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu rozciągającym się od zadanej z góry określonej wartości Q0, w odniesieniu do figury 1, która może być równa 0, aż do zadanej z góry wartości Q1 = Q_max zawartej wewnątrz zakresu natężeń przepływu, przy natężeniu nadmiernym, które oznaczono jako Q2, gdzie Qo<Qi<Q2·

Zatem przepływomierz powinien być zdolny do sytuowania bieżącej wartości natężenia przepływu płynu względem zadanych z góry wartości Qxi Q2 w celu określenia, czy w przepływomierzu panuje stan przepływu nadmiernego, który to stan może stać się ustalonym, na przykład, w ciągu 100 ms, lub czy przepływomierz pracuje w normalnych warunkach roboczych, w jego zakresie pomiaru natężenia przepływu Q0 do Qx (Qmax), przy czym odbywa się to przy możliwie minimalnym zużyciu energii. Ponadto, określanie bieżącej wartości natężenia przepływu gazu powinno odbywać się z dostateczną dokładnością od Q0 do Qx, a nawet powyżej tej wartości.

175 121

W sposobie według wynalazku poddaje się detekcji obrotowe i nieobrotowe ruchy wałka przy częstotliwości nazywanej częstotliwością próbkowania, która to częstotliwość jest zmienna przy zastosowaniu zadanej z góry relacji próbkowania, oraz przetwarza się sygnały elektryczne odpowiadających detekcji lub brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka przy częstotliwości próbkowania.

Częstotliwość próbkowania jest określona jako funkcja co najmniej jednej zadanej z góry wartości natężenia przepływu gazu. Relacja próbkowania ustalana jest dla dwóch częstotliwości próbkowania fii f2w celu określania bieżącej wartości natężenia przepływu gazu w odniesieniu do zadanych z góry wartości Qi i Q2. Częstotliwość fi jest więc zdefiniowana jako funkcja wartości Qi, a częstotliwość f2 jest większa od fi i jest określona jako funkcja Qii Q2.

Częstotliwości te są korzystnie wybrane tak, aby określić dwa zakresy natężeń przepływu, które razem pokrywają cały zakres natężeń przepływu i które zachodzą częściowo na siebie, tak aby nie pominąć żadnej detekcji ruchu obrotowego wałka, i w ten sposób nie pominąć żadnej wartości natężenia przepływu w obrębie tego zakresu.

Korzystnie, częstotliwość próbkowania fi dla próbkowania ruchu obrotowego wałka jest tak dobrana, aby była większa niż dwukrotna wartość przybierana przez częstotliwość obrotów f wałka, gdy bieżąca wartość natężenia przepływu wynosi Qi (Qmax), umożliwiając w ten sposób określenie zakres natężeń przepływu a rozciągającego się od Qo do wartości natężenia przepływu Q'2, gdzie Qi<Q'2'Q2. Przy dobraniu tej wartości dla częstotliwości możliwe jest dokładne określenie bieżącej wartości natężenia przepływu, a w szczególności możliwa jest detekcja wartości natężenia przepływu Qmax nie tylko od Qo do Qmax, lecz także od <Q do wartości Q'2. Na przykład, fi = 2,5f(QmK) i Q '2 w ten sposób przybiera wartość i,25Qmax.

Jeśli częstotliwość fi jest tak dobrana, aby była równa wartości 2f(Qmax), to nie będzie możliwe dokładne określenie bieżącej wartości natężenia przepływu poza zakresem natężeń przepływu rozciągającym się od Qo do Qmax, i w rezultacie nie będzie możliwe wykorzystanie zakresu natężeń przepływu około Qmax dla otrzymywania lepszej dokładności przy określeniu wymienionej wartości.

Figura i przedstawia wykres ukazujący zmiany bieżącej wartości natężenia przepływu gazu próbkowanego jako funkcja natężenia rzeczywistego przepływu gazu, przy wartościach częstotliwości próbkowania fi i f2. Jak można zobaczyć na tej figurze, linia prosta oznaczona literą a i wyznaczona przez równanie y=x stanowi ilustrację faktu, że gdy natężenie rzeczywistego przepływu gazu rośnie od Qo do Q'2 = i,25Qmax, próbkowane natężenie przepływu wzrasta także od Qo do Q'2 i może dlatego być określane dokładnie w całym zakresie a.

Figura 2 przedstawia rozkład i częściowe zachodzenie na siebie różnych zakresów natężenia przepływu określonych za pomocą sposobu według wynalazku w całym zakresie natężeń przepływu (od Qo do Q2), a także przedstawia powyżej określony zakres a. Ponadto, jak to jest widoczne na fig. i w części wykresu mającej kształt trójkąta i rozciągającej się pomiędzy natężeniami rzeczywistego przepływu Qi i Q'2 oraz natężeniami próbkowanego przepływu Qi i Q2 (=i,25Qmax), gdy natężenie rzeczywistego przepływu wzrasta od Qi do Q'i, wówczas natężenie przepływu próbkowanego rośnie po części linii prostej y = x aż do wartości Q'2 i potem maleje wzdłuż części linii prostej y = -x w dół do wartości Q'i. Zjawisko to, przy wartości około Q'2 umożliwia, gdy zachodzi detekcja Qmax i natężenie próbkowanego przepływu rośnie i potem maleje pozostając większym od Qmax, określenie, czy bieżąca wartość natężenia przepływu znajduje się w zakresie b, reprezentowanym przez poziomą część linii prostej tworzącą podstawę powyżej wspomnianego trójkąta. Wykres z fig. 2 pokazuje wyraźnie, że zakres b uzyskany przez zjawisko utożsamiania spektrum umożliwia rozszerzenie zakresu detekcji natężenia przepływu do Q'i=i,5Qmx, określając w ten sposób zakres natężeń przepływu od Qo do Q'i.

Jeśli pożądana jest detekcja nadmiernego natężenia przepływu pomiędzy tymi dwoma z góry określonymi natężeniami przepływu Qi i Q2, jak pokazano na fig. i i 2, wówczas celowe jest wybranie częstotliwości f2, która zależy od częstotliwości fi i dokładniej, która

175 121 jest większa od lub równa wyrażeniu (Q2/2Qty) fi, gdzie (Q2/2Q'2) reprezentuje pierwszą liczbę całkowitą większą lub równą Q2'2Q^,2, określając w ten sposób zakres natężeń przepływów rozciągający się od Q'2=i,25Qmx do 5Qmax, na przykład, dla f2 = 4fi, przy Qi = 6 m³/h i Q2 = 50 m3/h. Ta częstotliwość f2 tym samym służy do określania dokładnie bieżącej wartości natężenia przepływu, gdy natężenie rzeczywistego przepływu rośnie od i,25Qmx do 5Qmx, lecz z powodu zjawiska utożsamiania spektrum tym sposobem nie można określać bieżącej wartości natężenia przepływu dla natężenia rzeczywistego przepływu od 5Qmax do Q2 = 8,75Qmax Niestety, jeśli pożądane jest dokładne określanie bieżącej wartości natężenia przepływu w całym zakresie c, to będzie konieczne zwiększenie wartości częstotliwości próbkowania i tym samym zwiększenie w nieodpowiednim momencie zużycia energii przez gazomierz.

Jednak, przez wykorzystanie utożsamiania spektrum wokół wartości 5Q_max i detekcji, gdy wartość natężenia przepływu przechodzi przez z góry określony próg równy Q'₂, sposób według· wynalazku umożliwia, po wykryciu wymienionego progu, określanie tego, czy bieżąca wartość natężenia przepływu znajduje się w zakresie Q'2 do Q2 (zakres c) i tym samym, że osiągnięty został stan nadmiarowy. Cecha ta jest wysoce korzystna, pod warunkiem, że może być pokryty szeroki zakres c bez jakiejkolwiek potrzeby dokładnego określania bieżącej wartości natężenia przepływu. Ponadto, wybór częstotliwości jest rozsądny, ponieważ dwa zakresy natężenia przepływu od Q0 do Q'i i od Q'₂ do Q2 tym samym zachodzą częściowo na siebie, tak że nie jest możliwe pominięcie wartości natężenia przepływu pomiędzy tymi zakresami natężenia przepływu. Zatem jest możliwe kontrolowanie zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu przy użyciu właściwej relacji próbkowania.

Jeśli próbkowanie jest dokonywane przy częstotliwościach innych niż powyżej określone częstotliwości, to może to prowadzić do dwóch zakresów położonych obok siebie, w którym to przypadku, przy danych nieregularnościach ruchu obrotowego, zaistnieje możliwość, że pominięte zostaną pewne detekcje ruchu obrotowego wałka, i tym samym, że pominięte zostaną pewne wartości natężenia przepływu na granicy pomiędzy tymi dwoma zakresami. Może to spowodować wysoki poziom zużycia energii.

Pokazane na figurze 3 urządzenie według wynalazku ma mechaniczną część z centralnym otworem i4 i posiada na jednej z jej powierzchni czołowych i2a koło zębate i6 zazębione z drugim kołem zębatym i8 przymocowanym do końca wałka i w oddaleniu od jego końca połączonego z zespołem pomiarowym gazomierza. Powierzchnie czołowe i2a i i2b części i2 są prostopadłe do wałka obrotowego i. Część ta zawiera na jej powierzchni i2b, na której nie jest umieszczone koło zębate i6, dwa szeregi Di i D2 widzialnych znaczników względnie występów, które umieszczone są równolegle do osi obrotu, przy czym znaczniki 20 i 22 w każdym z szeregów są usytuowane na dwóch okręgach o różnych promieniach, tak aby tworzyły dwa zębate koła 24, 26 ukształtowane łącznie z mechaniczną częścią i2.

Jak pokazano na figurze 4, pierwsze koło 24 może być utworzone przez tylko jeden występ (Di = i), na przykład, zajmujący połowę odpowiedniego koła o promieniu Ri. Drugie koło 26 jest utworzone, na przykład, przez 32 występy (D2 = 32) równomiernie rozstawione na odpowiednim okręgu o promieniu R2, gdzie promień R2 jest w przybliżeniu dwukrotnie większy od Ri i jest równy promieniowi mechanicznej części i2.

Część i2 jest zamontowana obrotowo na sworzniu 28 osadzonym wewnątrz centralnego otworu i4. Sworzeń ten jest nieruchomo przymocowany do nieruchomej podpory, którą jest płyta montażowa 30.

Urządzenie zawiera co najmniej jeden czujnik optyczny 32 składający się z nadajnika 32a, na przykład diody emitującej na podczerwieni, i z odbiornika, na przykład fototranzystora. Utworzony w ten sposób czujnik optyczny 32 tworzy widełki o kształcie litery U z jedną odnogą utworzoną przez nadajnik, a drugą utworzoną przez odbiornik. Podstawa czujnika optycznego 32 jest przymocowana do wspornika 30. Nadajnik i odbiornik czujnika 32 są zwrócone do siebie po obu stronach toru występów 20 koła 24, jak to jest widoczne na fig. 3 i 4. W opisanym przykładzie, dwa czujniki optyczne 32 i 34 są skojarzone z kołem zębatym 24, zaś dwa czujniki optyczne 36 i 38 są skojarzone z kołem zębatym 26. Każdy czujnik dla każdego z tych kół zębatych jest umieszczony względem drugiego czujnika pod kątem równym połowie szerokości jednego z występów. Tak więc, dla mniejszego koła 24, dwa czujniki są przesunięte o 90°, a dla większego koła 26 czujniki są przesunięte o 31°. Do ustawiania różnych czujników optycznych względem siebie nawzajem w powyżej określonym geometrycznym usytuowaniu służy płytka 40 przymocowana do płyty montażowej 30. Możliwe byłoby także użycie nieoptycznych czujników skojarzonych ze znacznikami innymi niż widzialne znaczniki skojarzone z wałkiem obrotowym 1.

Figura 5 'przedstawia schemat blokowy głównych bloków funkcjonalnych urządzenia do kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu według wynalazku, jakie są niezbędne do realizacji różnych etapów sposobu według wynalazku. Obok opisanych czujników optycznych i kół zębatych, bloki te stanowią zwykle części specjalizowanego układu scalonego, który jest umieszczony na płycie montażowej 30. Układ scalony steruje czujnikami i wykonuje elektroniczne przetwarzanie informacji przychodzących z czujników. Na płycie montażowej 30 umieszczony jest także mikrosterownik, który programuje zadane parametry sterowania czujników, takie jak częstotliwości próbkowania, z góry zadanewartości natężenia przepływu, itp., i który wykorzystuje sygnały dostarczane przez układ scalony, oraz bateria do zasilania różnych części składowych urządzenia, które nie są pokazane na figurach rysunku.

Przedstawiony na fig. 5, zegar cyfrowy 50 generuje sygnał cyfrowy o częstotliwości podstawowej, na przykład równą 32 kHz, a blok elektronicznego dzielnika częstotliwości 52 odbiera sygnały cyfrowe zegara 50 i dostarcza sygnały elektryczne w postaci impulsów przy częstotliwościach, które zmieniają się w czasie przy zastosowaniu zadanej z góry relacji próbkowania do różnych bloków funkcjonalnych urządzenia według wynalazku.

Jak opisano uprzednio, aby dokładnie określić natężenie przepływu gazu w zakresie Qo do Qmax, dobierana jest częstotliwość, która umożliwia określenie bieżącej wartości natężenia przepływu QT = 1,25Qmax. Przykładowo, częstotliwość fjest równa 2,5-krotnej wartości przyjmowanej przez częstotliwość obrotów wałka 1, gdy bieżąca wartość natężenia przepływu gazu wynosi Qmax Na przykład, częstotliwość f2 jest korzystnie dobierana tak, aby była równa wyrażeniu (Q2/2Q'2) f1, gdzie (x) oznacza pierwszą liczbę całkowitą większą lub równą s. Na przykład, f2 może być tak dobrana, aby wynosiła 4f dlaQ1 = 6 m³/h i Q2 = 50 m³/h. Q<) jest dobrane jako równe zero, i f1 wynosi, na przykład, 3,5 Hz, podczas gdy f2 wynosi 14 Hz.

Przy użyciu sygnałów impulsowych generowanych przy w większości rozsądnie dobranych częstotliwościach, możliwe jest znaczne zredukowanie zużycia energii elektrycznej i tym samym zwiększenie żywotności baterii w porównaniu z sygnałem z zasilaniem stałoprądowym lub w porównaniu z próbkowaniem z wysokimi częstotliwościami, przy mimo to kontrolowaniu bieżącej wartości natężenia przepływu gazu, a w szczególności określaniu Qmax z wymagana dokładnością i detekcji przepływu przy nadmiernym natężeniu przepływu.

W normalnych warunkach roboczych przepływomierza blok przełączający 54 służy do wybierania dwóch czujników optycznych 32 i 34 oznaczonych jako A i B dla mniejszego koła zębatego 24 z czterech czujników 32, 34, 36 i 38, przy czym czujniki 36 i 38 są oznaczone jako C i D. Blok dzielnika częstotliwości 52 przyjmuje sygnał zegara cyfrowego 50 i generuje w zwykły sposób sekwencję sygnałów elektrycznych zwanych sygnałem H zegara cyfrowego 50 w postaci kolejnych impulsów w czasie zawierających pierwszy szereg impulsów generowanych przy częstotliwości 2f1 i drugi szereg impulsów generowanych przy częstotliwości 2f2, to jest 8f1. Jeżeli w opisywanym przykładzie są wykorzystywane dwa czujniki optyczne do jednego koła, to diody każdego czujnika A i B są zasilane przemiennie w czasie, co czyni koniecznym generowanie dwóch sekwencji częstotliwości z sekwencji sygnału H zegara cyfrowego 50. Tak więc, dla zasilania diody czujnika A, z parzystych impulsów sekwencji sygnału H zegara cyfrowego 50 generowana jest sekwencja impulsów Va, jak pokazano na figurze 6, i tym samym uzyskiwany jest pierwszy szereg 20 impulsów w odstępach (częstotliwość f<), po którym następuje drugi szereg 13 impulsów z mniejszymi odstępami od siebie (częstotliwość f2 = 4fy). Podobnie, dla zasilania diody czujnika B, z nieparzystych impulsów sekwencji sygnału H zegara cyfrowego 50 generowana jest sekwencja Vb impulsów, i tym samym uzyskuje się szereg 21 impulsów w odstępach (częstotliwość f), po którym następuje drugi szereg 12 impulsów z mniejszymi odstępami (częstotliwość f2). Te dwie sekwencje Va i Vb, które są przeplatane w czasie są pokazane na figurze 7.

Każdy szereg impulsów generowanych przy częstotliwości fi trwa przez okres czasu Att, i każdy szereg impulsów generowanych przy częstotliwościach f2 trwa przez okres czasu At2.

Każdy czujnik optyczny A i B zasilany w ten sposób dostarcza binarny sygnał wyjściowy zależny od położenia, jakie on zajmuje względem występu 20 koło 24. Ponieważ czujniki optyczne A i B są przesunięte o 90°, więc sygnały Ra i Rb na fig. 7 reprezentują profil występu 20 koła 24, jak byłby identyfikowany przez wymienione czujniki, jeśli byłyby one zasilane nieustannie. Wyjścia czujników optycznych A i B połączone są razem tworząc połączenie sumy logicznej na pojedynczym wyjściu elektronicznego bloku 60, który służy do określania, czy ruch wałka 1 jest ruchem obrotowym czy drgającym i do odtwarzania sygnału P odpowiadającego ruchowi obrotowemu wałka 1 jako funkcji czasu, jak przy wybieraniu przez czujniki A i B (fig. 7). Sygnał na wejściu elektronicznego bloku 60 jest oznaczony przez Vab na fig. 7.

Binarne sygnały wyjściowe z czujników optycznych A i B są wykorzystywane do tworzenia sygnału wyjściowego, który reprezentuje kolejność w czasie bitów odpowiadających detekcji lub brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka 1, jak przy wybieraniu przez wymienione- czujniki optyczne. Początkowo sygnały Va i Vb są demultipleksowane przy próbkowaniu sygnału Vab w dwóch bistabilnych wartości Qa i Qb, na opadających brzegach odpowiednich impulsów sekwencji Va i Vb, zasilających czujniki optyczne A i B. Sygnały bistabilnych wartości Qa i Qb są pokazane na fig. 7. Obwód 62 stanowiący część elektronicznego bloku 60, utworzony przez inwertory, bramki NIE-I i bistabilne elementy R/S, służy do rozróżniania pomiędzy drganiami i obracaniem się wałka 1 przez identyfikowanie i wybieranie kolejnych binarnych sygnałów wyjściowych z czujników A i B. Sygnał na wyjściu bistabilnego elementu R/S jest wymuszany poprzez jego wejście Set (Ustawienie) przy wartości iloczynu logicznego Qa AND Qb i poprzezjego wejście Reset (Zerowanie) przy wartości iloczynu logicznego Qb AND Qa. Obwód 62 zapewnia zatem detekcję ruchu obrotowego, który odpowiada kolejnym stanom: Qa = 0, Qb = 1, Qa = 1, Qb = 0, Qa = 0.

Korzystne jest, gdy co najmniej dwa czujniki optyczne na koło, można udoskonalić wymaganą informację o ruchu obrotowym wałka. W tym wykonaniu, jeden z czujników, na przykład czujnik A, służy do detekcji ruchu obrotowego wałka 1, podczas gdy czujnik B służy do sprawdzania, czy on rzeczywiście jest ruchem obrotowym a nie drgającym. Na wyjściu z obwodu 62 otrzymywany jest odtworzony sygnał P odpowiadający ruchowi obrotowemu wałka 1 w czasie, jak przy wybieraniu przez czujniki optyczne A i B. Ten sygnał P, pokazany na fig. 7, jest utworzony przez kolejne stany logiczne 0 i 1, o krawędziach wznoszących się i opadających, które odpowiadają przejściom stanów 0 do 1 lub 1 do 0. Każde z tych przejść reprezentuje podlegający detekcji ruch obrotowy wałka 1, przy czym każdy dany ruch odpowiada danej objętości gazu.

Sygnały bitowe odpowiadające detekcji lub brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka 1 są uzyskiwane z odtworzonego sygnału P, tak aby wytworzyć sygnał wy'ściowy I (fig. 7), który bezpośrednio reprezentuje pojawianie się w czasie sygnałów bitowych detekcji lub braku detekcji w postaci impulsów, jak przy wybieraniu przez czujniki A i B. Sygnał ten jest wywarzany z odtworzonego sygnału P, za pomocą obwodu 64 w elektronicznym bloku 60 (fig. 8) składającym się z elementów bistabilnych typu D, bramki wykluczającym LUB i bramki NIE-I. Należy tu podkreślić, że ten etap przetwarzania odtworzonego sygnału P w sygnał I nie jest niezbędny, a sygnał P mógłby być przetwarzany bezpośrednio, przy czym w tym przypadku sygnał P będzie sygnałem wyjściowym podczas przetwarzania w pozostałej części sposobu według wynalazku.

W modyfikacji rozwiązania według wynalazku możliwe jest użycie tylko jednego czujnika optycznego na koło. W takich warunkach generowana jest tylko jedna sekwencja zasilania czujnika optycznego, która to sekwencja składa się z szeregu impulsów generowa175 121 nych przy częstotliwości fi, podczas przedziału czasu At2 i szeregu impulsów generowanych przy częstotliwości f2 w przedziale czasu At2.

Blok 70 do zliczania impulsów detekcji pochodzących od sygnału I służy do zliczania tylko tych impulsów, które mają logiczną wartość wynosząca i, i to zapewnia ciągły pomiar objętości gazu, która przeszła przez zespół pomiarowy przepływomierza. Przykładowo, blok 70 może składać się z czterobitowego licznika elektronicznego. Elektronicznemu przetwarzaniu podlegają wówczas sygnały bitowe odpowiadające detekcji lub brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka i przy każdej częstotliwości próbkowania fi i f2 w celu określania bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływów rozciągającym się od Qo do Q2 (50 m³/h), przy czym bieżąca wartość jest określana w odniesieniu do zadanych z góry wartości Qi i Q2.

Zatem sposób według wynalazku określa bieżącą wartość natężenia przepływu w odniesieniu do zakresów natężenia przepływu Qo i Q'2, tym samym umożliwiając określanie, czy przepływomierz znajduje się w trybie pomiarowym w jego zakresie pomiaru natężenia przepływu (0 do Qmat) lub czy pracuje przy nadmiernym przepływie w zakresie c (Q'2 do Q2).

Pierwszy etap przetwarzania składa się z wybierania uprzednio określonej liczby bitów detekcji i braku detekcji w sygnale wyjściowym I, która to liczba jest wybierana jako różna dla każdej z częstotliwości fi i f2. W normalnych warunkach pracy przepływomierza, w którym czujniki A i B są zasilane przy częstotliwości próbkowania fi, wybierana jest uprzednio określona liczba bitów przez wprowadzanie ich do Ii-bitowego rejestru przesuwnego 72 przy częstotliwości próbkowania fi, kontynuując to przez cały czas trwania normalnych warunków pracy. Każdy z tych bitów jest zapamiętywany przy częstotliwości fi w postaci bitu i lub bitu 0, w zależności od tego, czy reprezentuje on detekcję czy brak detekcji.

W celu określenia bieżącej wartości natężenia przepływu gazu, bity Ii są sumowane przez elektroniczny blok 74, który składa się z układu Sumatorówjednocyfrowych, gdy każdy z wymienionych bitów jest wybierany i wprowadzany do rejestru. Tym niemniej, aby uzyskać lepszą dokładność konieczne jest zastosowanie do każdego z bitów Ii współczynnika korygującego. Przykład opisany poniżej ukazuje wyraźnie, dlaczego korzystne jest korygowanie bitów w rejestrze przesuwnym 72. Załóżmy, że pierwszy bit detekcji (i) jest wprowadzany do rejestru przesuwnego 72 i korzysta z bardzo dobrej czasowej dokładności, to jest przejście (detekcja) zostało wykryte niemal dokładnie w tej samej chwili, gdy wystąpiło ono fizycznie. Następnie, inne bity (0 lub i) są wprowadzane do rejestru przesuwnego 72, lecz te bity mają bardzo złą dokładność czasową, i po nich następuje ostatni bit wykorzystujący bardzo dobrą dokładność czasową, który jest rejestrowany w pierwszej pozycji bitowej rejestru przesuwnego 72. W 'tych określonych okolicznościach, pierwszy rejestrowany bit znajduje się w ostatniej pozycji bitowej rejestru i dlatego pomiędzy dwoma końcowymi bitami możliwy jest do uzyskania dokładny przedział czasowy, jeżeli te dokładne bity wykryły odnośną objętość gazu, i możliwe jest otrzymanie poprawnej przeciętnej wartości przepływu. Następny bit zarejestrowany w 'rejestrze przesuwnym 72, to jest bit mający małą dokładność czasową, powoduje opuszczenie przez pierwszy zarejestrowany bit ostatniej pozycji bitowej rejestru przesuwnego 72, tym samym nadają małą dokładność całemu rejestrowi, co może prowadzić do tego, że przeciętna wartość natężenia przepływu będzie nieprawidłowa. W konsekwencji, przez zastosowanie współczynników korygujących do pozycji bitowych rejestru przesuwnego '72 przy stosowaniu specjalnej relacji, możliwe jest minimalizowanie wpływu bitów wchodzących do rejestru przesuwnego 72 i wychodzących z niego.

Korzystnie, identyczny i maksymalny korygujący współczynnik jest przydawany centralnym bitom, przy czym odpowiednio rosnące i malejące współczynniki są przydawane bitom, które odpowiadają bitom ostatniemu i pierwszemu 'wprowadzanym do rejestru przesuwnego 72. Na przykład, Ii wynosi 20, fi = 3,5 Hz, i tym samym Ii/fi wynosi 5,7 s. Każdy bit odpowiadający przejściu reprezentuje natężenie przepływu Qmax/i6, to jest 0,6 i/h. Relacja korygująca jako funkcja pozycji bitowej w rejestrze, dla pierwszych czterech pozycji wartość korekcji rośnie liniowo od i do 4, dla dwunastu środkowych pozycji korekcja jest

175 121 stała i wynosi 5 i dla ostatnich czterech pozycji wartość korekcji maleje liniowo od 4 do 1. Elektroniczny blok 74 może także realizować korekcję w zwykły sposób.

Podczas, gdy bity są rejestrowane i korygowane, elektroniczny blok 74 nie sumuje korygowanych bitów. Wartość Qmax jest wykrywana przez rozpoznanie sumy wartości większej od 64, co odpowiada obecności 16 bitów detekcji lub przejść w rejestrze przesuwnym 72. Gdy to zostanie wykryte, do procesora zostaje przesłany sygnał alarmowy i procesor generuje rozkaz zamknięcie zaworu usytuowanego po stronie dopływu do przepływomierza.

Gdy suma ta wynosi 80, oznacza to, że bieżąca wartość natężenia przepływu wynosi 1,25Qmax (Q^z2). Po upływie czasu, który odpowiada zapamiętaniu 16 detekcji, uzyskuje się średnią w czasie wartość natężenia przepływu, która ma bardzo dobrą dokładność, to jest 1,8%. Na ogół dokładność, z jaką otrzymuje się średnią wartość natężenia przepływu zależy od liczby bitów I1 i od częstotliwości ty. Czas I1/f1 powinien umożliwiać uzyskanie żądanej dokładności i wygładzenie zjawiska nieregularności w ruchu obrotowym wałka 1.

Elektroniczne przetwarzanie bitów przy częstotliwości próbkowania ty jest dokonywane w sposób ciągły w czasie podczas normalnych warunków pracy, tak aby było możliwe określenie w dowolnej chwili bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w zakresie pomiarowym przepływomierza. Na końcu przedziału czasu wynoszącego Aty, bity odpowiadające detekcji i brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka 1 są elektronicznie przetwarzane przy częstotliwości próbkowania f2 w przedziale czasu At2, to jest podczas równoczesnego zasilania czujników A i B przy wymienionej częstotliwości próbkowania. Na przykład, Aty = 6 i At2 = 0,9 s.

Blok 80 służy do wybierania uprzednio określonej liczby I2 bitów i do identyfikacji wśród wymienionych bitów I2 liczby obecnych detekcji (przejść). Liczba I2 zależy od częstotliwości f2 i od zadanej z góry wartości Q1 natężenia przepływu, a także od liczby występów D1. Jeśli liczba detekcji jest większa od zadanej z góry liczby I3, która zależy od wartości Q1 i od liczby występów D1 koła zębatego, wówczas wiadomo, że bieżąca wartość natężenia przepływu płynu znajduje się w zakresie c natężenia przepływu płynu, to jest pomiędzy zadanymi z góry wartościami Q '2 i Q2.

Aby wykryć wartość większą od zadanej z góry wartości Q '2 = 1,25Qmax przy użyciu koła 24 z jednym występem przy częstotliwości 4ty, wystarczy wiedzieć, ile razy czujniki optyczne A i B wykrywają prawdziwe ruchy obrotowe wałka 1 na jeden całkowity obrót, co jest wykonywane w siedmiu okresach przy częstotliwości 4ty. Oznacza to, że próg detekcji opiera się na informacji, czy czujniki optyczne A i B wykrywają więcej niż trzy przejścia poza liczbą bitów równą 8, to jest w siedmiu kolejnych okresach. W konsekwencji, w tym przykładzie I2 = 8 i I3 = 3. Tym niemniej, te zadane z góry liczby mogą zmieniać się w zależności od zadanych z góry wartości natężenia przepływu i od wybranych częstotliwości próbkowania.

Jak pokazano na figurze 9, bramka logiczna I mająca wejścia odwracające jest umieszczona na wejściu do bloku 80 razem z dwubitowym licznikiem 82, który identyfikuje zadaną z góry liczbę I3 przejść, i licznik 84, który wybiera zadaną z góry liczbę I2 kolejnych próbek, to jest liczbę dla siedmiu okresów zegara 4ty. Ten bardzo prosty elektroniczny obwód zawiera także dwie bramki I. Blok 80 rejestruje przejścia w dwubitowym liczniku 82, aż do upłynięcia siedmiu kolejnych okresów zegara 4ty. Jak tylko licznik ten wykryje trzy przejścia, rejestrowanie nowych przejść zostaje zatrzymane i generowany jest sygnał wskazujący, że został wykryty nadmierny przepłfyw, a więc umożliwiający zamknięcie zaworu po stronie dopływu gazu do przepływomierza.

Urządzenie do kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu, dzięki dobrej rozdzielczości uzyskanej za pomocą drugiego koła zębatego 26 może także wykrywać wycieki gazu. Koło to może wykrywać obrót o 5,6°, to jest objętość gazu równą 0,018 litra.

Gdy w przepływomierzu występują przecieki gazu, po otwarciu zaworu po stronie dopływu, można na przykład wykrywać natężenie przepływu około 5 l/h przez okres czasu, który może wynosić 50 s. Blok przełączający 54 wybiera czujniki C i D drugiego koła zębatego i blok dzielnika podaje do każdego z nich przemiennie w czasie szereg

175 121 elektrycznych sygnałów w postaci impulsów przy częstotliwości f3 większej od iloczynu liczby występów D2 przez częstotliwość f2, to jest trzydzieści dwa razy częstotliwość próbkowania f2 = 1,4 Hz, która to liczba może wynosić, na przykład, 512 Hz. Ta częstotliwość f3 jest dobrana jako funkcja liczby występów D2 koła 26 i jako funkcja częstotliwości f2.

W analogiczny sposób do opisanego powyżej, czujniki C i D dostarczają wyjściowe bity, które są zapamiętywane i wykorzystywane przez elementy typu D i bistabilne elementy R/S bloku 60 dla utworzenia sygnału wyjściowego I reprezentującego występowanie w czasie bitów detekcji i braku detekcji w postaci impulsów, jak przy wybieraniu przez czujniki C i D. Następnie czterobitowy licznik 70 zlicza liczbę impulsów, która odpowiada detekcji ruchu wałka podczas powyżej wymienionego okresu czasu (50 s), i wysyła wynik obliczenia do mikrosterownika, i jak tylko dana liczba impulsów zostanie zarejestrowana, wyzwalany zostaje przez mikrosterownik sygnał zamknięcia zaworu. Liczba ta oznacza, że została osiągnięta zadana z góry wartość Q3 natężenia przepływu, które to natężenie przepływu jest znane jako natężenie wyciekania, gdzie Q>3<Qu na przykład = 5 1/h.

W modyfikacji rozwiązania według wynalazku, mikrosterownik odczytuje bezpośrednio bity odpowiadające detekcji ruchu obrotowego wałka 1 z wyjść bistabilnych Qa i Qb bloku 60. Równocześnie z operacją zliczania bitów detekcji ruchu obrotowego wałka 1 w sygnale wyjściowymi I blok dzielnika 86 dzieli częstotliwość wymienionego sygnału przez 32, co odpowiada liczbie występów 22 większego koła 26, tak aby umożliwić ponowne użycie tych samych bloków funkcjonalnych 72,74 i 80. Przez cały czas trwania tego stanu detekcji wycieków gazu informacja dostarczana przez sygnał wyjściowy jest równocześnie elektrycznie przetwarzana przy częstotliwościach próbkowania f1 i f2 w identyczny sposób, jak opisany powyżej przy opisie bloków funkcjonalnych 72,74 i 80. Wynik tego równoczesnego procesu umożliwia kontrolowanie zmian natężenia przepływu w zakresach natężenia przepływu, które obejmują zadane z góry wartości i Q2 podczas detekcji wycieku gazu.

Na skutek zmiennego charakteru częstotliwości próbkowania możliwe jest zaadaptowanie uprzednio używanych wartości częstotliwości próbkowania f1, f2, f3 do dowolnej jednostkowej objętości charakterystyki płynu jednostki pomiarowej . dla przepływomierza, umożliwiając w ten sposób kalibrowanie przepływomierza bez konieczności dokonywania jakichkolwiek późniejszych korekcji badanego natężenia przepływu.

175 121

1-—L

FIG.3

175 121

FIG.5

175 121

		\|

^Η 1	\|	\|	\|

ν ^vb 11 1

FIG.6 κ_Α ΎΤΙΊΤΤτηΡΤυίΡΤΤΙΤΙΤΈΓΠ ν_Α lilii· i I I II I I I I I I 11 I I I I I I I llimiiilll I

Δίι ΔΪ£

V_B IIIIIIIIIIIH I I I I I I I I I I 11 I I I I I i I ί llllllllilil I v_łB llllllll II II I II II I II II I II II I lii «1 q_a_nj“njijnjTnjTnjTjn_nj q_b_Γτ_Γκυηη_κκ©ικιυπ_ p_ΓίΓΤίτπιτΓΎΓυππη,τυ τ π π π u π π π π π π η π u π π u π π π π π π

FIG.7

175 121

FIG.8

FIG. 9

175 121

ι^ο Qii ! ,^ί (5Qmax)

-P &

^2i

-1——MATĘ ŻENIE

I RZECZYWISTEGO I PRZEPŁYWU

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu przez przepływomierz, który zawiera zespół pomiarowy i wałek obrotowy połączony z zespołem pomiarowym i obracający się wokół własnej osi, gdy przez zespół pomiarowy przepływa pewna objętość płynu, znamienny tym, że poddaje się detekcji obrotowe i nieobrotowe ruchy wałka przy częstotliwości próbkowania, która jest zmienna przy zastosowaniu zadanej z góry relacji próbkowania i określona jako funkcja co najmniej jednej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu, i następnie przetwarza się sygnały elektryczne odpowiadające detekcji i brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka przy częstotliwości próbkowania oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu i względem zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu zawartej w całym zakresie natężeń przepływu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poddaje się detekcji obrotowe i nieobrotowe ruchy wałka przy co najmniej dwóch wartościach częstotliwości próbkowania f: i f2 zadanych z góry przez relację próbkowania, przy czym pierwszą, częstotliwość próbkowania fi określa się jako funkcję pierwszej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Qi, a drugą częstotliwość próbkowania f2 określa się jako funkcję pierwszej zdanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Qi i drugiej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Q2, gdzie fi<f2 i Qi<Q2, oraz przy częstotliwościach próbkowania fi i f2 określających dwa zakresy natężeń przepływu zachodzących na siebie częściowo, przy czym jeden zakres natężeń przepływu rozciąga się do wartości natężenia przepływu Q'i określonej przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi, gdzie Qi< Q' 1 < Q2, a drogi zakres natężeń przepływu rozciąga się od wartości natężenia przepływu Q' 2 określonej przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi do drugiej zadanej z góry wartości natężenia przepływu Q2, gdzie Qi<Q'2<Q'i, po czym przetwarza się sygnały elektryczne będące funkcją częstotliwości próbkowania fi i f2 oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu w odniesieniu do wymienionych zakresów natężeń przepływów.
3. Sposób według zastrz. i albo 2, znamienny tym, że przed przetwarzaniem sygnałów elektrycznych generuje się większą liczbę kolejnych sygnałów elektrycznych przy częstotliwości próbkowania, która jest zmienna przy zastosowaniu zadanej z góry relacji próbkowania, i doprowadza się każdy z wymienionych sygnałów elektrycznych do co najmniej jednego czujnika skierowanego w stronę co najmniej jednego znacznika związanego z wałkiem obrotowym, do tworzenia binarnych sygnałów wyjściowych zależnych od położenia czujnika względem znacznika, po czym generuje się z binarnych sygnałów wyjściowych elektryczne sygnały wyjściowe reprezentujące kolejność w czasie bitów odpowiadających detekcji i brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka, przy czym każda detekcja reprezentuje daną objętość płynu.
4. Sposób według zastrz. i, znamienny tym, że w trakcie generowania kolejnych sygnałów elektrycznych, podczas pierwszego przedziału czasu Ati, generuje się co najmniej jeden sygnał elektryczny przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi, zaś podczas drugiego przedziału czasu At2, kolejnego po pierwszym przedziale czasu Ati, generuje się co najmniej jeden sygnał elektryczny przy drugiej częstotliwości f2, po czym powtarza się obydwa powyższe etapy.
5. Sposób według zastrz. i, znamienny tym, że przetwarza się w sposób ciągły bity reprezentujące detekcję i brak detekcji ruchu obrotowego wałka pochodzące od sygnału wyjściowego przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi, zaś na końcu przedziału czasu Ati, podczas którego przetwarza się bity przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi,

175 121 przetwarza się w sposób ciągły bity reprezentujące detekcję i brak detekcji ruchu obrotowego wałka pochodzące od sygnału wyjściowego przy drugiej częstotliwości próbkowania £2, po czym powtarza się obydwa powyższe etapy.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że generuje się w sposób ciągły większą liczbę kolejnych sygnałów przy trzeciej częstotliwości próbkowania f3 większej od drugiej częstotliwości próbkowania f₂, wybranej jako funkcji trzeciej zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Q3, gdzie Ó3 < Qi, funkcji drugiej częstotliwości próbkowania funkcja i'2 i funkcji liczby znaczników związanych z wałkiem obrotowym, oraz oblicza się liczbę detekcji ruchu obrotowego wałka i określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu względem zadanych z góry pierwszej i trzeciej wartości natężenia przepływu płynu Qi i Q3.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że przetwarza się równocześnie i w sposób ciągły bity sygnału wyjściowego przy pierwszej i drugiej częstotliwościach próbkowania fi i f2, oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu względem zadanych z góry pierwszej i drugiej wartości natężenia przepływu płynu Qi i Q2, zwłaszcza względem dwóch zakresów natężenia przepływu.
8. Sposób według zastrz. 5 albo 7, znamienny tym, że w trakcie przetwarzania bitów przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi wybiera się i zapamiętuje pewną liczbę Ii bitów przy pierwszej częstotliwości próbkowania fi w przedziale czasu Ii/fi, sumuje się bity Ii podczas ich zapamiętywania oraz określa się bieżącą wartość natężenia przepływu płynu aż do zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu Qty, z dokładnością zależną od wprowadzonej liczby bitów Ii i pierwszej częstotliwości próbkowania fi.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że przed sumowaniem bitów Ii, przypisuje się każdemu z nich współczynnik korygujący do poprawy dokładności przy określaniu bieżącej wartości natężenia przepływu płynu.
10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że zapamiętuje się bity Ii w rejestrze przesuwnym o Ii pozycjach bitowych, i przypisuje się identyczny i maksymalny współczynnik korygujący każdej centralnej pozycji bitowej, podczas gdy przypisuje się odpowiednio wzrastające i malejące współczynniki pozycjom bitowym odpowiadającym zapamiętanym bitom ostatniemu i pierwszemu.
11. Sposób według zastrz. 5 albo 7, znamienny tym, że podczas przetwarzania bitów przy drugiej częstotliwości próbkowania f2, wybiera się zadaną z góry liczbę I2 bitów sygnału wyjściowego i identyfikuje się w tych bitach I2 liczbę bitów reprezentujących detekcje ruchu wałka, przy czym dla przypadku, gdy zidentyfikowana liczba jest nie mniejsza od zadanej z góry liczby I3, to bieżąca wartość natężenia przepływu płynu znajduje się pomiędzy zadanymi z góry wartościami natężenia przepływu Q '2 i Q2, zaś dla przeciwnego przypadku bieżąca wartość jest mniejsza od Q'2.
12. Sposób według zastrz. i, znamienny tym, że przed odtworzeniem sygnału określa się, czy ruch wałka jest ruchem obrotowym względnie ruchem drgającym przez doprowadzenie na przemian do drugiego czujnika sygnałów elektrycznych oraz przez identyfikowanie i wybieranie kolejnych binarnych sygnałów wyjściowych czujników.
13. Urządzenie do kontroli zmian bieżącej wartości natężenia przepływu płynu przez przepływomierz zawierający zespół pomiarowy i wałek obrotowy połączony z zespołem pomiarowym i obracający się wokół własnej osi, gdy przez zespół pomiarowy przepływa pewna objętość płynu, znamienne tym, że jest zbudowane z co najmniej jednego czujnika (32, 36) skierowanego w stronę co najmniej jednego znacznika (20, 22) związanego z obrotowym wałkiem (i), do tworzenia binarnych sygnałów wyjściowych zależnych od położenia czujnika (32, 36) względem znacznika (20, 22), obwodu (50, 52) generowania kolejnych sygnałów elektrycznych doprowadzanych do czujnika (32, 36), obwodu (60, 62) generowania wyjściowych sygnałów elektrycznych na podstawie binarnych sygnałów wyjściowych dostarczanych przez czujnik (32, 36), przy czym wyjściowy sygnał elektryczny reprezentuje w czasie bitów odpowiadających detekcji lub brakowi detekcji ruchu obrotowego wałka (i), oraz obwodu przetwarzania (72, 74, 80) wyjściowych sygnałów elektrycznych dla określania bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu i względem zadanej z góry wartości natężenia przepływu płynu.

1715121
14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że obwód przetwarzania (72, 74, 80) zawiera blok (80) wybierania zadanej z góry liczby bitów sygnału wyjściowego.
15. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że obwód przetwarzania (72, 74, 80) zawiera obwód pamięciowy, który razem z elektronicznym blokiem (74) realizującym funkcję sumatora tworzy obwód sumowania zapamiętanych bitów do określania bieżącej wartości natężenia przepływu płynu w całym zakresie natężeń przepływu.
16. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że obwód pamięciowy bitów zawiera co najmniej jeden rejestr przesuwny (72).
17. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że obwód przetwarzania (72, 74, 80) zawiera elektroniczny blok (74) realizujący także funkcję korygowania bitów.
18. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że blok (80) wybierania zadanej z góry liczby bitów sygnału wyjściowego zawiera blok (84) wybierania zadanej z góry liczby bitów sygnału wyjściowego przy częstotliwości próbkowania oraz dołączony do niego blok (82) identyfikacji wśród wymienionych bitów liczby bitów reprezentujących detekcję ruchu wałka (1).
19. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że czujnik (32,36) jest czujnikiem optycznym a znaczniki (20, 22) są znacznikami widzialnymi.
20. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że zawiera obracające się zgodnie z ruchem obrotowym wałka (1) koło (24) z występami (20) względnie widzialnymi znacznikami o liczbie równej D1.
21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zawiera obracające się zgodnie z ruchem obrotowym wałka (1) drugie koło (26) z występami (22) względnie widzialnymi znacznikami o liczbie równej D2, gdzie D2>D1.
22. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że zawiera obwód (34, 38, 62) określania, czy ruch wałka (1) jest ruchem obrotowym czy ruchem drgającym.
23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że obwód (34, 35, 62) określania, czy ruch wałka (1) jest ruchem obrotowym czy ruchem drgającym, zawiera drugi czujnik optyczny (34, 38) dla każdego koła (24, 26) umieszczony względem pierwszego czujnika optycznego (32,36) pod kątem równym połowie szerokości do jednego z występów (20,22) oraz układ elektroniczny (62) rozróżniania drgań i obracania się wałka (1).
24. Urządzenie według zastrz. 21 albo 23, znamienne tym, że każdy czujnik optyczny (32, 34, 36, 38) jest utworzony przez nadajnik (32a, 34a, 36a, 38a) i przyporządkowany jemu odbiornik (32b, 34b, 36b, 38b), które są umieszczone naprzeciw siebie po obu stronach toru występów (20, 22) koła (24, 26).