Устройство измерения расхода топлива

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА(71) Заявитель Слободский Леонид Яковлевич Рядняный Олег Александрович Марков Александр Васильевич Карташевич Александр Николаевич(72) Авторы Слободский Леонид Яковлевич Рядняный Олег Александрович Марков Александр Васильевич Карташевич Александр Николаевич(73) Патентообладатель Слободский Леонид Яковлевич Рядняный Олег Александрович Марков Александр Васильевич Карташевич Александр Николаевич(57) 1. Устройство измерения расхода топлива, содержащее два акустических преобразователя, формирователь импульсов, коммутатор, усилитель, компаратор, генератор опорной частоты и аналого - цифровой преобразователь, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй формирователь импульсов, узел синхронизации, а также блок компараторов,измерительный счетчик, преобразователь временных интервалов, блок нормировки, вычислитель обратных величин, постоянное запоминающее устройство коэффициентов и последовательно соединенные умножитель, накапливающий сумматор и индикатор расхода, при этом первый и второй формирователи импульсов через коммутатор, аналоговый усилитель и блок компараторов соединены с измерительным счетчиком, ко входу которого подключен генератор опорной частоты, второй выход блока компараторов соединен с входом узла синхронизации, а третий его выход связан через преобразователь временных интервалов с аналого цифровым преобразователем, блоком нормировки и вычислителем обратных величин, выход которого через умножитель и накапливающий сумматор соединен с индикатором расхода,при этом узел синхронизации выходами связан с входами двух формирователей импульсов,коммутатора, аналогового усилителя, преобразователя временных интервалов, вычислителя обратных величин и измерительного счетчика, выход которого подключен к входу вычислителя обратных величин, второй выход которого связан с умножителем через постоянное запоминающее устройство коэффициентов.(56) 1. Патент на изобретение 3869, 2001. 2. Патент на изобретение 4011, 2001 (прототип). Полезная модель относится к устройствам измерения расхода топлива. Может быть использована для измерения и индикации объемного расхода углеводородных топлив,применяемых в двигателях внутреннего сгорания. Предназначена для установки непосредственно на транспортные средства, на заправочных станциях и на нефтеперерабатывающих предприятиях. Известно устройство для измерения расхода топлива, приведенного по давлению и температуре к нормальным условиям. Устройство содержит мерный участок трубопровода с датчиком давления и двумя встроенными ультразвуковыми преобразователями, через коммутаторы и компаратор связанными с измерительными счетчиками и регистрирующим устройством 1. Конструкция устройства связана с наличием датчика давления и не обеспечивает необходимой точности и оперативности выполнения измерений. Известен ультразвуковой расходомер-счетчик топлива, содержащий два акустических преобразователя, расположенных на противоположных стенках трубопровода под углом к его оси и связанных через коммутатор с генератором зондирующих импульсов и с последовательно соединенными усилителем, селектором, счетчиком импульсов, регистром памяти, блоком вычисления разности обратных величин и регистрирующим устройством,дополнительно содержащим преобразователь временных интервалов, аналогацифровой преобразователь и преобразователь кода с сопутствующими им схемными элементами и связями 2. Такая конструкция обладает нужными свойствами, но измерения требуют учета влияния помех и переотражений. Технический результат решаемой полезной моделью задачи предполагает увеличение информативности процесса измерений. Поставленная задача решена следующим образом. К топливопроводу присоединен мерный участок с акустическими датчиками, соединенными с измерительным блоком. В состав блока входят формирователи импульсов, коммутатор, аналоговый усилитель, узел синхронизации, блок компараторов, генератор опорной частоты, измерительный счетчик,преобразователь временных интервалов, аналога - цифровой преобразователь (АЦП), блок нормировки, вычислитель обратных величин, умножитель, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) коэффициентов, накапливающий сумматор, индикатор расхода. Формирователи импульсов через коммутатор, аналоговый усилитель и блок компараторов соединены с измерительным счетчиком. Второй выход блока компараторов соединен с входом узла синхронизации. Третий его выход через преобразователь временных интервалов, АЦП и блок нормировки связан с вычислителем обратных величин, выход которого через умножитель и накапливающий сумматор соединен с индикатором расхода. Сопоставительный анализ показывает отличия заявляемой конструкции от прототипа. Таким образом, она соответствует критерию новизна. Сравнение заявляемого решения с прототипом и с другими решениями в данной области не выявило признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию существенные отличия. Сущность полезной модели поясняют чертежи, где приведены фиг. 1 - функциональная схема измерителя расхода топлива фиг. 2 - функциональная схема преобразователя временного интервала фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства фиг. 4 - временная диаграмма работы преобразователя. 1298 Измеритель содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, которые через коммутатор 3 соединены с аналоговым усилителем 4, подключенным к узлу синхронизации 5 и блоку компараторов 6. Генератор опорной частоты 7 связан с измерительным счетчиком 8. Блок компараторов 6 через преобразователь временных интервалов 9, аналого - цифровой преобразователь (АЦП) 10 и блок нормировки 11 соединен с вычислителем обратных величин 12. Измеритель содержит также умножитель 13, ПЗУ коэффициентов 14, накапливающий сумматор 15 и, наконец, индикатор 16 расхода. Выходы узла синхронизации 5 связаны со входами формирователей импульсов 1 и 2, коммутатора 3, аналогового усилителя 4, измерительного счетчика 8, преобразователя временных интервалов 9 и вычислителя обратных величин 12. Устройство измерения расхода топлива работает в соответствии со следующим алгоритмом. В начальный момент времени с первого выхода узла синхронизации 5 на вход формирователя импульсов 1 поступает импульс, усиливается по амплитуде и поступает на первый вход Х 1 электронного блока, к которому подключен первый акустический датчик. Этот же импульс устанавливает измерительный счетчик 8 в счетный режим работы. Входной коммутатор 3 под управлением сигнала по/против потока, поступающего с третьего выхода узла синхронизации 5, отключает первый вход Х 1 от входа аналогового усилителя 4 и подключает второй вход Х 2 электронного блока. По истечении времени 1 после зондирования на втором входе Х 2 появляется электрический сигнал в виде радиоимпульса с колоколообразной огибающей. Этот радиоимпульс поступает на вход аналогового усилителя 4, усиливается и нормируется по амплитуде с помощью входящей в состав аналогового усилителя 4 схемы АРУ под управлением сигналов, приходящих с узла синхронизации 5. Нормированный сигнал с выхода аналогового усилителя 4 поступает на вход блока компараторов 6. В момент перехода уровня сигнала первой полуволны через нулевую линию на выходе блока компараторов 6 появляется высокий уровень сигнала, поступающий по первому входу в узел синхронизации 5. При этом измерительный счетчик 8 по сигналу с четвертого выхода узла синхронизации 5 из счетного режима переводится в режим ожидания. Код с выхода измерительного счетчика 8 заносится в два старших байта измеренной величины временного интервала 1. Младший байт данной величины поступает на второй вход вычислителя обратной величины 12 с выхода блока нормировки 11. Вычислитель обратной величины 12 вычисляет обратную величину трехбайтного кода временного интервала Т 1 и запоминает результат в вычислителе кодов, входящем в состав узла. После временного интервала Т 0 (время задержки, необходимое для затухания переотраженных сигналов) со второго выхода узла синхронизации 5 на вход формирователя 2 поступает импульс, усиливается по амплитуде и поступает на вход Х 2 электронного блока, к которому подключен второй акустический датчик. При этом первый выход Х 1 подключен через коммутатор 3 к входу аналогового усилителя 4 под управлением низкого уровня сигнала по/против с третьего выхода блока синхронизации 5. Этот же уровень отключает вход Х 2 от входа аналогового усилителя 4. Определение кода временного интервала происходит аналогично описанному. Трехбайтный код временного интервала Т 2 поступает с выходов измерительного счетчика 8 и блока нормировки 11 на вход вычислителя обратных величин 12, где определяется значение 1/Т 2. В дальнейшем значение кода 1/Т 2 вычитается из кода значения 1/1,определенного во время зондирования по потоку. Код результата вычитания с выхода вычислителя обратной величины 12 поступает на первый вход умножителя 13. На второй вход которого с выхода ПЗУ коэффициентов 14 поступает код коэффициента К. Для выбора коэффициента используется код старших разрядов определенной величины (1/11/Т 2). Коэффициенты получают по результатам предварительной поверки устройства при сравнении измеренных значений расходов со значениями расходов эталонного расходомера, значениями расходов на поверочной установке или экспериментальным путем (ме 3 1298 тодом пролива различных сред для различных температур при всех значениях скорости движения среды) и заносят в ПЗУ. Вычисленное значение мгновенного расхода поступает с выхода умножителя 13 на вход накапливающего сумматора 15 и суммируется с кодом, определенным при предыдущем цикле измерения. С выхода накапливающего сумматора 15 код суммарного (общего) расхода поступает на индикатор 16 расхода. По истечении временного интервала Т 0 (временная задержка) вышеописанные циклы измерения кодов величин временных интервалов Т 1 (по потоку) и Т 2 (против потока) и,соответственно, вычисление расхода повторяются. Работа устройства поясняется временной диаграммой. Здесь А 1 - сигнал по/против потока для управления входным коммутатором 3. А 2 и 3 - импульсы зондирования ИЗ для формирователей 1 (ИЗ 1) или 2 (ИЗ 2) соответственно. А 4 - временной сигнал стробирования СТР (разрешения) работы блока компараторов 6, А 5 - аналоговый сигнал на входе Х 2 при определении времени распространения Т 1 по потоку, А 6 - аналоговый сигнал на входе Х 2 при измерении времени распространения Т 2 против потока, А 7 - выходной сигнал блока компараторов 6, А 8 - входной сигнал преобразователя временного интервала 9,А 9 - тактовые импульсы ТИ генератора опорной частоты 7. На диаграмме присутствуют другие (служебные) сигналы. Измерения младших байтов временных интервалов в устройстве производится с помощью преобразователя временных интервалов 9, АЦП 10 и блока нормировки 11. Функциональная схема преобразователя временных интервалов 9 содержит первый 17, второй 18, третий 19 триггеры, два 20 и 21 логических элемента 2 И-НЕ, инвертор 22,первую 23 и вторую 24 ключевые схемы, генератор тока 25, зарядный конденсатор 26. Заряд конденсатора 26 проходит согласно выражения.(1) Для линейного участка разряда выполняется соотношение.(2) Для данного преобразователя рабочий участок выбран внутри временного интервала Т 01 Т 02,где Т 01 - длительность высокого уровня сигнала генератора 7 опорной частоты 0201 Тп Тп - период частоты опорного генератора 7. Преобразователь временных интервалов 9 работает следующим образом. По приходу заднего фронта импульса на вход установки триггер 17 устанавливается в единичное состояние. Низкий уровень сигнала с инверсного выхода закрывает первую 23 ключевую схему. Происходит заряд конденсатора 26 до напряжения. Одновременно этот же сигнал открывает вторую 24 ключевую схему и начинается разряд конденсатора 26 линейным током генератора тока 25. По приходу переднего фронта сигнала генератора опорной частоты 7 в единичное состояние устанавливается второй триггер 18, выход которого подключен квходу триггера 19, который при поступлении на его тактовый вход заднего фронта сигнала от генератора опорной частоты 7 также устанавливается в единичное состояние. Сигнал с инверсного выхода данного триггера поступает на вход элемента 2 И-НЕ 20,на выходе которого появляется высокий уровень сигнала, закрывающий ключевую схему 24. При этом на конденсаторе 26 хранится значение амплитуды, значение которой пропорционально временному интервалу от прихода заднего фронта сигнала с блока компараторов 6 до прихода заднего фронта сигнала опорной частоты. Значение амплитуды на конденсаторе 26 преобразуется в АЦП в код, поступающий на вход блока нормировки 11. Работа преобразователя поясняется временной диаграммой. 4 1298 Здесь Б 1 - выходной сигнал ТИ генератора опорной частоты 7, Б 2 - сигнал с выхода инвертора 22, Б 3 - выходной сигнал блока компараторов 6, Б 4, Б 5, Б 6 - выходные сигналы первого 17, второго 18, третьего 19 триггеров, Б 7 - сигнал управления ключевой схемы 24(выход преобразователя временных интервалов 9), Б 8 - сигнал на конденсаторе 26. Б 9 Б 13 - формы сигналов при проведении операции калибровки преобразователя временных интервалов 9, которая выполняется перед каждым циклом зондирования следующим образом. На вход первого триггера 17 подается высокий уровень сигнала КАЛ. При низком потенциале сигнала по/против (цикл зондирования против потока) на входе схемы 21, на выходе логической схемы 20 формируется временной интервал длительностью Т 02 и, соответственно, на конденсаторе 26 находится потенциал 02. При высоком потенциале(цикл зондирования по потоку) формируется временной интервал Т 01 и, соответственно,амплитуда сигнала, на конденсаторе 26 находится потенциал 01. После выполнения операции получения кода на АЦП 10 на входе разрешения работы (вход сброса первого 17 триггера) устанавливается низкий уровень сигнала и триггеры устанавливаются в исходное состояние. При этом открывается первая ключевая схема 23 и производится заряд конденсатора 26 до значения. Расчет младшего байта кода временных интервалов Т 1 и Т 2 выполняется в блоке нормировки 11 в соответствии со следующим выражением 12 мл(3) где 10 - код на выходе АЦП при проведении калибровки во время цикла зондирования по потоку,20 - код на выходе АЦП при проведении калибровки во время цикла зондирования против потока,12 - коды на выходе АЦП во время циклов измерения по и против потока. Полученные значения мгновенного расхода используются для вычисления и индикации следующих производных параметров-общий расход топлива,-ввод залитого количества топлива и контроль остатка от залитого в бензобак количества топлива,-индикация вида используемого топлива,-моторесурс двигателя (общее время работы двигателя от момента установки на него устройства. При этом контролируется время, в течение которого топливо движется по мерному участку трубопровода). Электронный блок устройства позволяет контролировать и показывать не только топливо,поступающее из бензобака в двигатель, но и неиспользованное топливо, поступающее от двигателя в бензобак. Тем самым решается задача повышения информативности устройства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6