RU2755715C1 - Digital converter of conductive liquid flow rate - Google Patents

Digital converter of conductive liquid flow rate Download PDF

Info

Publication number
RU2755715C1
RU2755715C1 RU2021100497A RU2021100497A RU2755715C1 RU 2755715 C1 RU2755715 C1 RU 2755715C1 RU 2021100497 A RU2021100497 A RU 2021100497A RU 2021100497 A RU2021100497 A RU 2021100497A RU 2755715 C1 RU2755715 C1 RU 2755715C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
resistors
reference current
flow rate
comparators
Prior art date
Application number
RU2021100497A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Николаевич Пущенко
Руслан Рашитович Садыков
Шамиль Саидович Сафинов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Общество с ограниченной ответственностью "ДИ РОБОТИКС АВТОМАТИЗАЦИЯ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет", Общество с ограниченной ответственностью "ДИ РОБОТИКС АВТОМАТИЗАЦИЯ" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2021100497A priority Critical patent/RU2755715C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755715C1 publication Critical patent/RU2755715C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: measuring technology and electronic instrumentation.
SUBSTANCE: invention relates to measuring technology and electronic instrumentation and can be used in flow metering of conductive liquids, such as water and aqueous solutions of salts, alkalis and acids, conductive organic and inorganic chemical compounds. The converter of a conductive liquid flow rate consists of a housing made of a dielectric and electrodes installed flush with its inner surface, and differs in that the housing contains two rows of electrodes located in the same plane opposite each other, in each of which the number of electrodes is determined by the required number bits of the output binary code, the electronic part includes a set of resistors, a stable reference current source, a resistive voltage divider, a set of comparators and a positional binary code to natural binary code converter, wherein, the electrodes of one of the two rows are connected to the positive terminal of the reference current source, the electrodes of the other row are connected through the resistors of a set of resistors to the negative terminal of the same reference current source so that currents redistributed between the electrodes, the sum of which is always equal to the reference current, create voltage drops across the resistors in order of the positional code, then they were normalized in size by a set of comparators, the non-inverting and inverting inputs of which are connected to the resistors of the set of resistors and the resistive voltage divider, respectively.
EFFECT: invention improves the conversion accuracy by reducing the number of sources of instability of the function of converting the flow rate of the liquid into the output signal.
1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к измерительной технике и электронному приборостроению и может быть использовано в расходометрии электропроводных жидкостей, например воды и водных растворов солей, щелочей и кислот, электропроводных органических и неорганических химических соединений.The invention relates to measuring technology and electronic instrumentation and can be used in flow metering of electrically conductive liquids, such as water and aqueous solutions of salts, alkalis and acids, conductive organic and inorganic chemical compounds.

Цифровые преобразователи расхода электропроводной жидкости (ЦПРЖ) следует считать особо перспективными для измерения расхода и количества электропроводной жидкости в цифровых автоматических системах управления производственными процессами в химической и пищевой промышленности, для использования в составе счетчика количества теплоты в водяных системах производства и потребления тепловой энергии.Digital converters of the flow rate of electrically conductive liquid (CPRG) should be considered particularly promising for measuring the flow rate and amount of electrically conductive liquid in digital automatic control systems for production processes in the chemical and food industries, for use as part of a heat meter in water systems for the production and consumption of heat energy.

Из уровня техники не выявлен ЦПРЖ, в котором бы оцифровывание величины расхода жидкости происходило непосредственно в проточной части преобразователя расхода. Во всех известных преобразователях расхода жидкости в первичном преобразователе формируется аналоговый электрический сигнал, которых затем подвергается аналого-цифровому преобразованию во вторичном электронном преобразователе с использованием интегрального аналого-цифрового преобразователя того или иного типа.From the prior art, no CPRF has been identified in which the digitization of the value of the liquid flow rate occurs directly in the flow path of the flow transducer. In all known liquid flow converters, an analog electrical signal is generated in the primary converter, which is then subjected to analog-to-digital conversion in a secondary electronic converter using an integral analog-to-digital converter of one type or another.

Известен шариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости [патент на изобретение RU №2471154 С1, кл. G01F 1/05, опубликован 27.12.2012 г.] и известен универсальный электрошариковый первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости [патент на изобретение RU №2566428 С1, кл. G01F 1/06, утвержден 28.10.2015 г.]. В первом из них в проходном канале корпуса расходомера, изготовленного из диэлектрического материала, расположены два электрода, во втором - три электрода заподлицо с их внутренней поверхностью. В корпусе расходомера располагается струенаправляющий аппарат со ступицей, кольцевой канал и шар.Known ball primary transducer flow rate of electrically conductive liquid [patent for invention RU No. 2471154 C1, class. G01F 1/05, published on December 27, 2012] and is known for a universal electro-ball primary transducer of the flow rate of an electrically conductive liquid [patent for invention RU No. 2566428 C1, class. G01F 1/06, approved on 28.10.2015]. In the first of them, two electrodes are located in the flow channel of the flowmeter body made of dielectric material, in the second, three electrodes are flush with their inner surface. The flowmeter body contains a jet guide device with a hub, an annular channel and a ball.

Наиболее близким к предложенному ЦПРЖ является электромагнитный первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости [Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. 4-е изд. Л.: Машиностроение, 1989 - 408 с.].The closest to the proposed CPRZH is an electromagnetic primary transducer of the flow rate of an electrically conductive liquid [Kremlevsky PP. Flow meters and quantity counters. Directory. 4th ed. L .: Mechanical engineering, 1989 - 408 p.].

Общими конструктивными признаками известного электромагнитного первичного преобразователя и заявленного ЦПРЖ являются:The common design features of the known electromagnetic primary converter and the claimed CPRG are:

- во-первых, чистый, то есть не содержащий никаких элементов или деталей, проходной для жидкости канал корпуса преобразователя, поэтому не создающий никакого гидравлического сопротивления потоку жидкости, что является несомненным достоинством расходомера жидкости;- firstly, clean, that is, it does not contain any elements or parts, the passage for the liquid in the converter housing, therefore, it does not create any hydraulic resistance to the flow of the liquid, which is an undoubted advantage of the liquid flow meter;

- во-вторых, в проходном канале установлены электроды заподлицо с внутренней поверхностью канала, расположенные напротив друг другу и в перпендикулярной потоку жидкости плоскости.- secondly, electrodes are installed in the passage channel flush with the inner surface of the channel, located opposite each other and in a plane perpendicular to the fluid flow.

Однако известный электромагнитный первичный преобразователь расхода электропроводной жидкости имеет недостатки:However, the known electromagnetic primary transducer of the flow rate of an electrically conductive liquid has disadvantages:

1. Данный преобразователь расхода жидкости является аналоговым измерительным прибором, так как его выходным сигналом является постоянное напряжение или постоянный ток, если нормирующий дифференциальный усилитель имеет токовый выход. Поэтому его непосредственное использование в автоматических цифровых системах управления невозможно или возможно, но после преобразования аналогового выходного сигнала в цифровой код посредством аналого-цифрового преобразователя. Необходимость оцифровки аналогового сигнала и применение с этой целью аналого-цифрового преобразователя увеличивает погрешность преобразования, снижает помехоустойчивость и увеличивает стоимость расходомера.1. This liquid flow transducer is an analog measuring device, since its output signal is a constant voltage or a constant current if the normalizing differential amplifier has a current output. Therefore, its direct use in automatic digital control systems is impossible or possible, but after converting the analog output signal into a digital code by means of an analog-to-digital converter. The need to digitize the analog signal and the use of an analog-to-digital converter for this purpose increases the conversion error, reduces noise immunity and increases the cost of the flow meter.

2. В корпусе преобразователя должен находиться источник магнитного поля, генерирующий стабильный по температуре и во времени магнитный поток. Нестабильность индукции магнитного поля при воздействии тех или иных дестабилизирующих факторов является источником погрешности преобразования расхода жидкости в электрический сигнал. Более того, генератор магнитного поля значительно усложняет конструкцию корпуса прибора и увеличивает его стоимость.2. The transmitter housing must contain a magnetic field source generating a magnetic flux that is stable in temperature and in time. The instability of the magnetic field induction under the influence of certain destabilizing factors is the source of the error in converting the liquid flow rate into an electrical signal. Moreover, the magnetic field generator significantly complicates the design of the device body and increases its cost.

3. Выходным сигналом преобразователя является очень низкое напряжение, возникающее между двумя его электродами, тем более, при низких значениях расхода жидкости. Поэтому в клеммной коробке электромагнитного преобразователя должен располагаться прецизионный дифференциальный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления по напряжению и нормированным выходным сигналом, пригодным для передачи по проводам во вторичный электронный преобразователь. Использование чувствительного дифференциального усилителя, необходимость нормирования его выходного сигнала приводит к существенному снижению помехоустойчивости и повышению стоимости прибора.3. The output signal of the transmitter is a very low voltage arising between its two electrodes, especially at low flow rates. Therefore, in the terminal box of the electromagnetic converter, a precision DC differential amplifier with a high voltage gain and a normalized output signal must be located, suitable for transmission through wires to a secondary electronic converter. The use of a sensitive differential amplifier, the need to normalize its output signal leads to a significant decrease in noise immunity and an increase in the cost of the device.

Задачей изобретения является: расширение области применения расходомера за счет возможности непосредственного включения преобразователя расхода жидкости в цифровую систему автоматического управления без использования дополнительного аналого-цифрового преобразователя.The objective of the invention is to expand the scope of the flow meter due to the possibility of direct connection of the liquid flow transducer into a digital automatic control system without using an additional analog-to-digital converter.

Техническим результатом изобретения является: повышение точности преобразования за счет сокращения числа источников нестабильности функции преобразования расхода жидкости в выходной сигнал.The technical result of the invention is: increasing the conversion accuracy by reducing the number of sources of instability of the function of converting the flow rate of the liquid into the output signal.

Поставленная задача решается и технический результат достигается преобразователем расхода электропроводной жидкости, состоящим из корпуса, изготовленного из диэлектрика, и установленных заподлицо с его внутренней поверхностью электродов, отличающимся тем, что в корпусе установлены два ряда электродов, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, в каждом из которых количество электродов определяется требуемым числом разрядов выходного двоичного кода, электронная часть включает в себя набор резисторов, источник стабильного опорного тока, резистивный делитель напряжения, набор компараторов и преобразователь позиционного двоичного кода в натуральный двоичный код, причем, электроды одного из двух рядов соединены с положительным выводом источника опорного тока, электроды другого ряда через резисторы набора резисторов присоединены к отрицательному выводу того же источника опорного тока, чтобы перераспределяющиеся между электродами токи, сумма которых всегда равна опорному току, создали падения напряжений на резисторах в порядке позиционного кода, затем, нормировались по величине набором компараторов, неинвертирующие и инвертирующие входы которых присоединены соответственно к резисторам набора резисторов и резистивному делителю напряжения, и при необходимости преобразователь позиционного двоичного кода в обычный двоичный код или код другого вида, например, для управления семисегментными индикаторами.The problem is solved and the technical result is achieved by a flow transducer of an electrically conductive liquid, consisting of a housing made of a dielectric and installed flush with its inner surface of the electrodes, characterized in that two rows of electrodes are installed in the housing, located in the same plane opposite each other, in each of which the number of electrodes is determined by the required number of bits of the output binary code, the electronic part includes a set of resistors, a source of a stable reference current, a resistive voltage divider, a set of comparators and a positional binary code converter to a natural binary code, moreover, the electrodes of one of the two rows are connected to the positive terminal of the reference current source, the electrodes of the other row are connected through the resistors of a set of resistors to the negative terminal of the same reference current source so that currents redistributed between the electrodes, the sum of which is always equal to the reference current, creates whether the voltage drops across the resistors in the order of the positional code, then, were normalized in magnitude by a set of comparators, the non-inverting and inverting inputs of which are connected respectively to the resistors of the set of resistors and the resistive voltage divider, and, if necessary, a converter of the positional binary code into a regular binary code or another type of code, for example, to control seven-segment displays.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 представлена конструкция проточной части ЦПРЖ, в плоскости которого находятся ряды электродов 2 и 3.FIG. 1 shows the design of the flow path of the CPRG, in the plane of which there are rows of electrodes 2 and 3.

На Фиг. 2 показана электронная часть ЦПРЖ, выходным сигналом которого в показанном случае технической реализации является трехразрядный двоичный код.FIG. 2 shows the electronic part of the CPRG, the output signal of which in the shown case of technical implementation is a three-bit binary code.

На Фиг. 3 упрощенно иллюстрируется распределение опорного тока IO в виде траекторий движения носителей электрического заряда между рядами электродов 2 и 3 при четырех значениях скорости (а, б, в, г) протекания (расхода) электропроводной жидкости.FIG. 3 illustrates in a simplified way the distribution of the reference current I O in the form of trajectories of the electric charge carriers between the rows of electrodes 2 and 3 at four values of the velocity (a, b, c, d) of the flow (flow rate) of an electrically conductive liquid.

На Фиг. 4 представлена функция преобразования трехразрядного ЦПРЖ D=f(G), где D=d3d2d1 - выходной двоичный трехразрядный код; G - расход жидкости.FIG. 4 shows the transformation function of the three-bit DSPD D = f (G), where D = d 3 d 2 d 1 - the output binary three-bit code; G - liquid flow rate.

Проточная часть ЦПРЖ включает в себя (Фиг. 1) корпус 1 в виде участка трубопровода, изготовленного из любого диэлектрического материала (стекла, различных пластмасс), и двух одинаковых рядов электродов 2 и 3, расположенных на противоположных сторонах корпуса и заподлицо с его внутренней поверхностью, в одной плоскости и напротив друг друга, как это показано на поперечном сечении корпуса ЦПРЖ.The flowing part of the CPRZh includes (Fig. 1) a body 1 in the form of a section of a pipeline made of any dielectric material (glass, various plastics), and two identical rows of electrodes 2 and 3 located on opposite sides of the body and flush with its inner surface , in the same plane and opposite each other, as shown in the cross-section of the CPRZh body.

В рядах электродов 2 и 3 количество электродов одинаково и равно 2n + 1, где n - требуемое число разрядов выходного кода D ЦПРЖ. В рассматриваемом случае технической реализации ЦПРЖ число разрядов n=3, поэтому в рядах 2 и 3 должно быть по 9 электродов, расположенных с шагом, найденным расчетным путем с учетом требуемой разрядности прибора, заданного диапазона изменения расхода жидкости и внутреннего диаметра корпуса преобразователя 1. Все электроды одного из двух рядов электродов должны быть соединены между собой, как показано на Фиг. 2.In rows of electrodes 2 and 3, the number of electrodes is the same and equal to 2 n + 1, where n is the required number of bits of the output code D of the CPRG. In the considered case of the technical implementation of the CPRG, the number of discharges is n = 3, therefore, rows 2 and 3 should contain 9 electrodes, located with a step found by calculation, taking into account the required capacity of the device, a given range of variation of the liquid flow rate and the internal diameter of the converter housing 1. All the electrodes of one of the two rows of electrodes should be interconnected as shown in FIG. 2.

Электронная часть трехразрядного ЦПРЖ, рассматриваемого как пример, состоит из набора 4 девяти резисторов R1 - R9, источника опорного тока IO 5, резистивного делителя напряжения 6, служащего для формирования опорного напряжения UO=(UПR10)/(R10+R11), где UП - стабилизированное напряжение питания, набора 7 восьми компараторов K1 - K8 в интегральном исполнении, преобразователя 8 позиционного кода K=k1k2k3k4k5k6k7k8, являющегося выходным сигналом набора компараторов 7 в трехразрядный двоичный код D=d3d2d1 - цифровой трехразрядный эквивалент величины скорости протекания (расхода) жидкости через проточную часть ЦПРЖ.The electronic part of the three-bit CPRG, considered as an example, consists of a set 4 of nine resistors R 1 - R 9 , a reference current source I O 5, a resistive voltage divider 6, which serves to form a reference voltage U O = (U P R 10 ) / (R 10 + R 11 ), where U P is a stabilized supply voltage, a set of 7 eight comparators K 1 - K 8 in an integrated version, a converter 8 of a positional code K = k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 , which is the output signal of a set of comparators 7 into a three-digit binary code D = d 3 d 2 d 1 is a digital three-digit equivalent of the value of the flow rate (flow rate) of the liquid through the flow path of the CPRG.

Преобразователь кода 8 представляет собой логическое комбинационное цифровое устройство в интегральном исполнении, реализуемое на основе логических элементов типа И-НЕ, ИЛИ-НЕ или ПЛИС (программируемой логической интегральной схемы).Code converter 8 is a logic combinational digital device in an integrated design, implemented on the basis of logical elements of the AND-NOT, OR-NOT or FPGA type (programmable logic integrated circuit).

Компараторы K1 - K8 имеют инвертирующий и неинвертирующий входы и выход с нормированным выходным напряжением. Если на неинвертирующем входе напряжение более положительно, чем напряжение на инвертирующем входе (обозначен кружком

Figure 00000001
), то на выходе компаратора напряжение имеет высокий уровень, соответствующий логической единице в двоичной системе счисления. Когда же напряжение на неинвертирующем входе менее положительно по сравнению с напряжением на инвертирующем входе, тогда выходное напряжение компаратора низкое относительно общей шины (отрицательного потенциала напряжения питания - UП) и соответствует логическому нулю.Comparators K 1 - K 8 have inverting and non-inverting inputs and an output with standardized output voltage. If the voltage at the non-inverting input is more positive than the voltage at the inverting input (indicated by a circle
Figure 00000001
), then the voltage at the output of the comparator has a high level corresponding to a logical unit in the binary number system. When the voltage at the non-inverting input is less positive than the voltage at the inverting input, then the output voltage of the comparator is low relative to the common bus (negative supply voltage potential - U P ) and corresponds to logic zero.

Как показано на Фиг. 2, на все восемь инвертирующих входов компараторов K1 - K8 подается опорное напряжение UO, на неинвертирующих входах компараторов действуют напряжения, равные падениям напряжений на соответствующих резисторах (R1 - R8,) при протекании через них токов, вытекающих из электродов через контакты 1-8. Принципиально важно, что в рассматриваемом ЦПРЖ сумма вытекающих из электродов 1-9 токов I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8 и I9 всегда равна опорному току IO и, следовательно, не зависит от вида электропроводной жидкости, ее физико-химических особенностей и температуры. Например, если из электрода 1 вытекает ток I1, то напряжение, действующее на неинвертирующем входе компаратора K1, будет равно R1I1, аналогично, на неинвертирующих входах других компараторов напряжения относительно общей шины электропитания будут иметь значения: R2I2, R3I3, R4I4, R5I5, R6I6, R7I7, R8I8.As shown in FIG. 2, the reference voltage U O is applied to all eight inverting inputs of the comparators K 1 - K 8 , voltages equal to the voltage drops across the corresponding resistors (R 1 - R 8 ,) act on the non-inverting inputs of the comparators when currents flowing from the electrodes through contacts 1-8. It is fundamentally important that in the considered CPRG the sum of currents I 1 , I 2 , I 3 , I 4 , I 5 , I 6 , I 7 , I 8 and I 9 flowing from electrodes 1-9 is always equal to the reference current I O and, therefore , does not depend on the type of electrically conductive liquid, its physical and chemical characteristics and temperature. For example, if from the electrode 1 follows the current I 1, the voltage acting on the non-inverting input of comparator K 1 is equal to R 1 I 1, similarly to the non-inverting inputs of other voltage comparators relatively common bus power will have the meanings: R 2 I 2, R 3 I 3 , R 4 I 4 , R 5 I 5 , R 6 I 6 , R 7 I 7 , R 8 I 8 .

Если в наборе резисторов 4 R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=R9, то напряжения на неинвертирующих входах компараторов трехразрядного ЦПРЖ будут определяться токами I1 - I8 и будут сравниваться компараторами K1 - K8 с опорным напряжением UO. Значит, в заявленном ЦПРЖ набор компараторов 7 фактически осуществляет сравнение токов I1 - I8, вытекающих из электродов 1-8 ряда электродов 3, с некоторой эталонной величиной, заданной в виде опорного напряжения UO. Результатом сравнения напряжений IiRi, где i=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, с эталоном (опорным напряжением UO) является выходной сигнал i-го компаратора: если IiRi > UO, то выходной сигнал Ki=1; если же IiRi ≤ UO, то выходной сигнал Ki=0. Результатом сравнения напряжений на электродах 1-8 с опорным напряжением UO является восьмиразрядный позиционный код K=k1k2k3k4k5k6k7k8, в котором аргументы ki могут соответствовать логическим единице или нулю.If in a set of resistors 4 R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 = R 6 = R 7 = R 8 = R 9 , then the voltages at the non-inverting inputs of the comparators of the three-bit CPRG will be determined by the currents I 1 - I 8 and will be compared with comparators K 1 - K 8 with the reference voltage U O. This means that in the claimed CPRG a set of comparators 7 actually compares the currents I 1 - I 8 flowing from the electrodes 1-8 of the row of electrodes 3 with a certain reference value specified in the form of a reference voltage U O. The result of comparing the voltages I i R i , where i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, with the reference (reference voltage U O ) is the output signal of the i-th comparator: if I i R i > U O , then the output signal K i = 1; if I i R i ≤ U O , then the output signal K i = 0. The result of comparing the voltages on the electrodes 1-8 with the reference voltage U O is an eight-bit positional code K = k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 , in which the arguments k i can correspond to a logical one or zero.

Пусть в трехразрядном ЦПРЖ, рассматриваемом как простой пример технической реализации многоразрядного цифрового первичного преобразователя расхода, жидкость неподвижна (скорость ее движения V=0), то есть расход G=0. Тогда, как показано на Фиг. 3-а, опорный стабилизированный ток IO, втекая в гидравлическую часть через электроды 10-18, равномерно распределится по электродам 1-9, так как электрические сопротивления неподвижной жидкости между находящимися напротив друг друга электродами равны: R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=R9.Let in a three-bit CPRZH, considered as a simple example of the technical implementation of a multi-bit digital primary flow transducer, the liquid is stationary (its velocity is V = 0), that is, the flow rate is G = 0. Then, as shown in FIG. 3-a, the reference stabilized current I O , flowing into the hydraulic part through the electrodes 10-18, will be evenly distributed over the electrodes 1-9, since the electrical resistances of the stationary liquid between the electrodes located opposite each other are equal: R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 = R 6 = R 7 = R 8 = R 9 .

На Фиг. 3-а равномерное распределение тока по электродам 1-9 упрощенно показано траекториями движения носителей заряда электропроводной жидкости (положительных и отрицательных ионов), которые симметрично распределены в направлении девяти электродов.FIG. 3-a, the uniform distribution of the current over the electrodes 1-9 is simplified by the trajectories of the charge carriers of the electrically conductive liquid (positive and negative ions), which are symmetrically distributed in the direction of the nine electrodes.

Итак, при неподвижной жидкости (G=0) напряжения на электродах 1-9; U1=U2=U3=U4=U5=U6=U7=U8=U9=RIO/9, где R=R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=R9, и при UO ≤ RIO/9 выходной код набора компараторов K=k1k2k3k4k5k6k7k8=11111111.So, with a stationary liquid (G = 0), the voltage across the electrodes is 1-9; U 1 = U 2 = U 3 = U 4 = U 5 = U 6 = U 7 = U 8 = U 9 = RI O / 9, where R = R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 = R 6 = R 7 = R 8 = R 9 , and for U O ≤ RI O / 9 the output code of the set of comparators is K = k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 = 11111111.

Если жидкость начнет движение с некоторой скоростью и ее расход G=G1, то произойдет перераспределение опорного тока между электродами 1-9. Как видно по положению траекторий движения носителей заряда в жидкости на Фиг. 3-б, ток I1 уменьшится на некоторую величину, а сумма токов I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8 и I9 на столько же увеличится.If the liquid starts to move at a certain speed and its flow rate G = G 1 , then there will be a redistribution of the reference current between the electrodes 1-9. As seen from the position of the trajectories of the charge carriers in the liquid in FIG. 3-b, the current I 1 will decrease by a certain amount, and the sum of the currents I 2 , I 3 , I 4 , I 5 , I 6 , I 7 , I 8 and I 9 will increase by the same amount.

Пусть при скорости протекания жидкости V1 ее расход Gx=1/8 GMAX, тогда ток I1, вытекающий из электрода 1, снизится от начального значения IO/9 до некоторого значения (IO/9 - ΔI) и, следовательно, напряжение на неинвертирующем входе компаратора K1 уменьшится с U1=R1 IO/9 до U1=R1 (IO/9 - ΔI). Так как при этом вытекающие из электродов 2-9 токи увеличатся, то напряжения на этих же электродах и, значит, на неинвертирующих входах компараторов K2 - K8 увеличатся. Если посредством резистивного делителя напряжения 6 установлено опорное напряжение UO=UПR10/(R10+R11), равное U1=R1(IO/9 - ΔI), то на выходе компаратора K1 напряжение упадет до минимального значения, соответствующего логическому нулю (k1=0). Компараторы K2 - K8 как были в состояниях логической единицы, так и останутся в единичном состоянии. Таким образом, при скорости протекания жидкости V1 и ее расходе G1=1/8 GMAX, на выходе набора компараторов 7 код K=k1k2k3k4k5k6k7k8=01111111.Suppose that, at a liquid flow rate V 1, its flow rate is G x = 1/8 G MAX , then the current I 1 flowing out of electrode 1 will decrease from the initial value I O / 9 to a certain value (I O / 9 - ΔI) and, therefore , the voltage at the non-inverting input of the comparator K 1 will decrease from U 1 = R 1 I O / 9 to U 1 = R 1 (I O / 9 - ΔI). Since in this case the currents flowing from the electrodes 2-9 will increase, the voltages at the same electrodes and, therefore, at the non-inverting inputs of the comparators K 2 - K 8 will increase. If a reference voltage U O = U P R 10 / (R 10 + R 11 ), equal to U 1 = R 1 (I O / 9 - ΔI), is set by means of a resistive voltage divider 6, then the voltage at the output of the comparator K1 will drop to a minimum value corresponding to logical zero (k 1 = 0). Comparators K 2 - K 8, as they were in the states of a logical unit, will remain in a single state. Thus, at the fluid flow rate V 1 and its flow rate G 1 = 1/8 G MAX , at the output of the set of comparators 7 the code K = k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 = 01111111.

Пусть теперь скорость протекания жидкости V увеличится до значения V2 (Фиг. 3-в) и ее расход примет значение G2=1/4 GMAX, тогда ток I1 станет еще меньше, уменьшится и ток I2, вытекающий из электрода 2, ток I3 уменьшится, но не на столько, что падение напряжения на резисторе R3 станет равным или меньше опорного напряжения UO. В этом режиме работы ЦПРЖ опрокинутся в нулевое состояние компараторы K1 и K2, и на выходе набора компараторов 7 код K=k1k2k3k4k5k6k7k8=00111111.Now let the fluid flow velocity V increase to the value V 2 (Fig. 3-c) and its flow rate will take the value G 2 = 1/4 G MAX , then the current I 1 will become even less, and the current I 2 flowing from the electrode 2 will also decrease , the current I 3 will decrease, but not so much that the voltage drop across the resistor R 3 becomes equal to or less than the reference voltage U O. In this operating mode of the CPRG, the comparators K 1 and K 2 will overturn to the zero state, and at the output of the set of comparators 7 the code K = k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 = 00111111.

На Фиг. 3-г показан режим работы ЦПРЖ при скорости потока жидкости V3, при которой ее расход G3=3/8 GMAX, и опрокидываются в состояние логического нуля первые три компаратора (k1=k2=k3=0). На выходе набора компараторов 7 позиционный код K=k1k2k3k4k5k6k7k8=00011111.FIG. 3d shows the operating mode of the CPRG at a fluid flow rate V 3 , at which its flow rate is G 3 = 3/8 G MAX , and the first three comparators are overturned to the state of logical zero (k 1 = k 2 = k 3 = 0). At the output of the set of comparators 7, the positional code K = k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 k 7 k 8 = 00011111.

Аналогично рассуждая, можно показать, что при достижении расхода жидкости дискретных значений 1/2 GMAX, 5/8 GMAX, 3/4 GMAX, 7/8 GMAX и GMAX в выходном коде набора компараторов увеличивается количество логических нулей, как видно в нижеследующей таблицы состояний трехразрядного ЦПРЖ:Similarly reasoning, it can be shown that when the liquid flow rate reaches discrete values of 1/2 G MAX , 5/8 G MAX , 3/4 G MAX , 7/8 G MAX and G MAX in the output code of a set of comparators, the number of logical zeros increases, as can be seen in the following table of states of the three-digit CPRG:

Figure 00000002
Figure 00000002

Разряд d4 выходного двоичного кода D трехразрядного ЦПРЖ служит лишь для фиксации достижения расхода жидкости максимального значения GMAX в ЦПРЖ с конкретным типоразмером проточной части. Взаимозависимость восьмиразрядного позиционного кода K и выходного двоичного кода ЦПРЖ D, представленная в таблице, позволяет записать четыре переключательные функции и после их преобразования (с учетом заданной элементной базы) составить принципиальную электрическую схему преобразователя кода 8.Bit d 4 of the output binary code D of the three-digit CPRG serves only to record the achievement of the maximum fluid flow rate G MAX in the CPRG with a specific size of the flow path. The interdependence of the eight-bit positional code K and the output binary code of the CPRD D, presented in the table, allows you to write down four switching functions and, after converting them (taking into account the specified element base), draw up a schematic electrical diagram of the code converter 8.

Итак, в рассмотренном ЦПРЖ реализуется задача непосредственного преобразования расхода электропроводной жидкости в двоичный код без использования микроэлектронного аналого-цифрового преобразователя, что по сравнению с прототипом уменьшает погрешность преобразования за счет неиспользования в ЦПРЖ генератора стабильного магнитного поля и прецизионного усилителя напряжения с нормированным выходным сигналом.So, in the considered CPRG, the problem of direct conversion of the flow rate of an electrically conductive liquid into a binary code is realized without using a microelectronic analog-to-digital converter, which, in comparison with the prototype, reduces the conversion error due to the non-use of a stable magnetic field generator and a precision voltage amplifier with a normalized output signal in the CPRG.

Неизбежный технологический разброс сопротивлений R1 - R9 и R10, R11, сдвиг нулей выходных напряжений компараторов K1 - K8 и их температурный дрейф являются источниками погрешности преобразования ЦПРЖ, но все они могут быть подавлены за счет правильного выбора типов резисторов и интегральных компараторов, а также начальной регулировкой схемы.The inevitable technological spread of the resistances R 1 - R 9 and R 10 , R 11 , the shift of the zeros of the output voltages of the comparators K 1 - K 8 and their temperature drift are the sources of the CPR conversion error, but all of them can be suppressed due to the correct choice of the types of resistors and integral comparators, as well as the initial adjustment of the circuit.

Простая конструкция ЦПРЖ, минимальное количество используемых конструктивных элементов и деталей позволяют снизить себестоимость изделия в условиях их серийного производства.The simple design of the CPRZh, the minimum number of structural elements and parts used can reduce the cost of the product in the conditions of their serial production.

Claims (1)

Преобразователь расхода электропроводной жидкости, состоящий из корпуса, изготовленного из диэлектрика, и установленных заподлицо с его внутренней поверхностью электродов, отличающийся тем, что в корпусе установлены два ряда электродов, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, в каждом из которых количество электродов определяется требуемым числом разрядов выходного двоичного кода, электронная часть включает в себя набор резисторов, источник стабильного опорного тока, резистивный делитель напряжения, набор компараторов и преобразователь позиционного двоичного кода в натуральный двоичный код, причем электроды одного из двух рядов соединены с положительным выводом источника опорного тока, электроды другого ряда через резисторы присоединены к отрицательному выводу того же источника опорного тока, чтобы перераспределяющиеся между электродами токи, сумма которых всегда равна опорному току, создавали падения напряжений на резисторах в порядке позиционного кода, затем нормировались по величине набором компараторов, неинвертирующие и инвертирующие входы которых присоединены соответственно к резисторам набора резисторов и резистивному делителю напряжения.A flow transducer of an electrically conductive liquid, consisting of a housing made of a dielectric, and electrodes installed flush with its inner surface, characterized in that two rows of electrodes are installed in the housing, located in the same plane opposite each other, in each of which the number of electrodes is determined by the required number bits of the output binary code, the electronic part includes a set of resistors, a source of a stable reference current, a resistive voltage divider, a set of comparators and a converter of a positional binary code into a natural binary code, and the electrodes of one of the two rows are connected to the positive terminal of the reference current source, the electrodes of the other rows through resistors are connected to the negative terminal of the same reference current source so that the currents redistributed between the electrodes, the sum of which is always equal to the reference current, create voltage drops across the resistors in the order of the positional code, then normalize b by a set of comparators, the non-inverting and inverting inputs of which are connected to the resistors of the set of resistors and the resistive voltage divider, respectively.
RU2021100497A 2021-01-12 2021-01-12 Digital converter of conductive liquid flow rate RU2755715C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100497A RU2755715C1 (en) 2021-01-12 2021-01-12 Digital converter of conductive liquid flow rate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100497A RU2755715C1 (en) 2021-01-12 2021-01-12 Digital converter of conductive liquid flow rate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755715C1 true RU2755715C1 (en) 2021-09-20

Family

ID=77745777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021100497A RU2755715C1 (en) 2021-01-12 2021-01-12 Digital converter of conductive liquid flow rate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755715C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4527276B2 (en) * 2000-12-26 2010-08-18 横河電機株式会社 Electromagnetic flow meter
RU2471154C1 (en) * 2011-08-04 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Ball-type primary transducer of flow of electroconductive liquid
CN203929137U (en) * 2014-06-10 2014-11-05 上海至信实业股份有限公司 A kind of electromagnetic measurement water meter
RU2566428C1 (en) * 2014-07-31 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Universal electric ball primary flow converter of electroconducting fluid
RU2620194C1 (en) * 2016-08-24 2017-05-23 Общество с ограниченной ответственностью "ТСП" Measuring device of electromagnetic flowmeter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4527276B2 (en) * 2000-12-26 2010-08-18 横河電機株式会社 Electromagnetic flow meter
RU2471154C1 (en) * 2011-08-04 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Ball-type primary transducer of flow of electroconductive liquid
CN203929137U (en) * 2014-06-10 2014-11-05 上海至信实业股份有限公司 A kind of electromagnetic measurement water meter
RU2566428C1 (en) * 2014-07-31 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Universal electric ball primary flow converter of electroconducting fluid
RU2620194C1 (en) * 2016-08-24 2017-05-23 Общество с ограниченной ответственностью "ТСП" Measuring device of electromagnetic flowmeter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9354193B2 (en) Apparatus for measuring the electrical conductivity of a liquid medium
US7741900B1 (en) Bias setting device
KR900000997B1 (en) Intermeshed resistor network for analogue to digital conversion
CN109660254B (en) Resistance calibration equipment and method for digital-to-analog converter
CN107764431B (en) Chip core temperature detection circuit
US20190346497A1 (en) Resistive-sensor interface
CN112665743B (en) Multi-channel monolithic digital temperature sensor with pulse width modulation output
GB1591680A (en) Digital computer system
RU2755715C1 (en) Digital converter of conductive liquid flow rate
CN105078416A (en) Electronic clinical thermometer and method for controlling same
CN108508270B (en) Resistance measuring circuit
CN113758606A (en) Temperature sensor and temperature measuring equipment
CN207704003U (en) It is a kind of to utilize power amplifier simulated battery charge-discharge circuit
CN110345981A (en) The detection system of resistance sensor
US3806912A (en) Graphical input board
CN109379081A (en) A kind of digital analog converter and its control method
WO1983003301A1 (en) Capacitance manometer with digital output
RU2449299C1 (en) Microcontroller measuring converter for resistive sensor
US3237178A (en) Control apparatus
CN103235175A (en) Power consumption detecting circuit
CN108572273B (en) Low current measuring circuit and measuring method thereof
CN106840287B (en) Flow sensor, flowmeter and flow detection method
CN208862818U (en) A kind of digital analog converter
US4532600A (en) Electronic integrating meter
CN219779974U (en) Compatible adapter device of current vortex sensor power supply