Емкостный пылемер — SU 1790719 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1790719 19) ъЫ 23 й 1/ 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Киевский политехнический институт им,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(73) Киевский политехнический институт(56) Кесова Л. А., Черезов Н, Н, Контрольрасхода пылевидного топлива на тепловыхэлектростанциях. Общество "Знание" Украинский ССР, Киев, 198 Ь,Кесова Л. А., Черезов Н. Н., Миронов В.Г., Дзюман Н. А, Емкостной пылемер, "Измерительная техника" М 1, 1990.(57) Использование; при измерении расхода угольной пыли котлов тепловых электростанций. Сущность изобретения: емкостный пылемер содержит фильтр 17 низких частот, цифроаналоговый преобразователь 22 и аналого-цифровой преобразователь 18, задатчик 26 кодов, цифровое отсчетное устройство 29, источник 28 опорного напряжения, потенциометр 27, два переключателя 5 и 0 с подвижными и неподвижными контактами и дополнительный образцовый конденсатор 14. 1 ил.45 50 55 Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении цифровых емкостных пылемеров, предназначенных для определения расхода пылевидноготоплива, например, угольной пыли котлов тепловых электростанций,Известны емкостные пылемеры. Недостатками такихЪьлемеров являются низкая надежность",Невысокая точность определения расхода топлива, а также низкое быстродействие,Известен также емкостной пылемер, содержащий последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь, усилитель напряжения неравновесия измерительной цепи, выпрямитель и усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен индикатор выходного напряжения (тока) и ылемера (милливол ьтметр или миллиамперметр), а также емкостной первичный преобразователь, подсоединенный к зажимам мостовой измерительной цепи, служащим для подключения объекта измерений,Указанный емкостной пылемер принят в качестве прототипа, Прототип имеет низкую точность определения расхода топлива и низкое быстродействие.Оель изобретения - повышение быстродействия и точности определения расхода топлива,Поставленная цель достигается введением в структуру емкостного пылемера фильтра нижних частот, цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей, задатчика кодов, цифрового отсчетного устройства, источника опорного напряжения, потенциометра, двух переключателей и дополнительного образцового конденсатора,На чертеже приведена структурная схема предлагаемого емкостного пылемера,Он содержит генератор 1 синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь 2 с зажимами 3 и 4 для подсоединения объекта измерений, первый переключатель 5 с подвижным контактом 6 и с первым 7 и вторым 8 неподвижными контактами, второй переключатель 9 с подвижным 10 и с первым 11 и вторым 12 неподвижными контактами, емкостной первичный преобразователь 13, дополнительный образцовый конденсатор 14, усилитель 15 напряжения неравновесия измерительной мостовой цепи 2, выпрямитель 16, фильтр 17 низких частот, аналого-цифровой преобразователь 18 с информационным входом 19, входом 20 опорного напряжения и выходом 21, цифроаналоговый преобразователь 22 с кодовыми входами 23, входом 24 опорного напряже 5 10 15 20 25 30 35 40 ния и выходом 25, задатчик 26 кодов, потенциометр 27, источник 28 опорного напряжения, цифровое отсчетное устройство 29,В пылемере выход генератора 1 синусоидального напряжения подсоединен к мостовой измерительной цепи 2, первый выходной зажим 3 которой подсоединен к подвижному контакту 6 первого переключателя 5, а второй выходной зажим 4 - к подвижному контакту 10 второго переключателя 9, Выводы емкостного первичного преобразователя 13 подсоединены к первым 7 и 11 неподвижным контактам соответственно первого 5 и второго 9 переключателей. Выводы дополнительного образцового конденсатора 14 подсоединены к вторым 8 и 12 неподвижным контактам соответственно первого и второго 9 переключателей. Выход мостовой измерительной цепи 2 подсоединен к входу усилителя 15 напряжения неравновесия измерительной цепи 2, выход которого подсоединен к входу выпрямителя 16. Выход выпрямителя 16 через фильтр 17 нижних частот подсоединен к аналоговому информационному) входу 19 аналого-цифрового преобразователя 18, вход 20 опорного напряжения которого подсоединен к выходу 25 цифро-аналогового преобразователя 22. Кодовые входы 23 цифро-аналогового преобразователя 22 подсоединены к соответствующим кодовым выходам задатчика 26 кодов, а вход 24 опорного напряжения - к среднему выводу потенциометра 27, крайние выводы которого подсоединены к выходу источника 28 опорного напряжения, Выход 21 аналогово-цифрового преобразователя 18 подсоединен к цифровому отсчетному устройству 29,Работа емкостного пылемера состоит из трех циклов; подготовительного, установочного и измерительного, Подготовительный цикл осуществляется следующим образом. Первый 5 и второй 9 переключатели устанавливают в положение "включено", при котором к зажимам 3 и 4 мостовой измерительной цепи 2 через первые неподвижные контакты 7 и 11 переключателей в плечо объекта измерений мостовой цепи подключается емкостной первичный преобразователь 13. При этом после подачи на измерительную цепь напряжения, вырабатываемого генератором 1, на ее выходе возникает напряжение разбаланса, пропорциональное емкости Со первичного преобразователя 13, Путем регулировки плечевых элементов мостовой измерительной цепи 2 это напряжение сводят к нулю (или к минимально возможному значению),приводя тем самым измерительную цепь всостояние полного равновесия.Далее осуществляют установочныйцикл работы пылемера, в процессе которогона задатчике 26 кодов устанавливают число,равное значению 1 и я, где е - диэлектрическая проницаемость пылевидного топлива, расход которого подлежитопределению, а ось потенциометра 27 устанавливают в положение, которое прпорционально (в относимтельных единицах)значению собственной емкости Со первичного преобразователя 13,Подготовленный таким образом прибориспользуется для определения концентрации,и частиц пылевидного топлива и последующего определения его расхода,Из-за измерения диэлектрической проницаемости я потока частиц пылевидноготоплива при прохождении его через каналемкостного преобразователя 13 емкость последнего изменяется на значение Ь Со, равноеЛСо= Со,ипе (1)Появление приращения емкости Ь Соприводит к пропорциональному измерениюнапряжения Ор разбаланса мостовой измерительной цепи 2, которое может быть представлено выражениемОр=Ог Л Со Кмиц (2)где Ог - напряжение генератора 1;Кмиц - коэффициент преобразованиямостовой измерительной цепи, зависящийот соотношения значений элементов ееплеч,Напряжение Ор, усиленное при помощи усилителя 15 и выпрямленное при помощи выпрямителя 16, через фильтр 17нижних частот подается на аналоговый (информационный) вход 19 аналого-цифровогопреобразователя (АЦП) 18. Аналитическинапряжение Овх, подаваемое на вход 19АЦП 18, можно записать следующим образомОвх 1 Ог Л Со Кмиц Кунн Квып (3)где Кунн, Квып - коэффициенты передачи усилителя 15 напряжения неравновесия и выпрямителя 16 соответственно,На вход 20 опорного напряжения АЦП18 подается напряжение постоянного тока,которое формируется при помощи цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 25, задатчика 26 кодов, потенциометра 27 иисточника 28 опорного напряжения, Передаточная функция ЦАП 22 в данном случаеприобретает вид:Оцап=Оион Кп Й/Кптах, (4)где О,он - напряжение источника 28 опорного напряжения; Кп - коэффициент передачи напряжения потенциометром 27;М, Впрах - текущее и максимальное значение кода, устанавливаемое при помощи 5 задатчика 26 кодов.Выходной код М АЦП 18 характеризуется отношением напряжения Овх 1, поступающего на его аналоговый вход 19, и напряжения Оцап, поступающего на его ана логовый вход 19, и напряжения Оцап, поступающего на его вход 20 опорного напряжения с выхода 25 ЦАП 22, т, е.И= (5) Подставив выражения (3) и (4) в (5), получим(6)ОионКпМ Мп)ахВыбрав Кп равным Со, М/Кгпах равными я, а отношение Кмиц Кунн Ог/Оион равным числу, учитывающему масштабное соотношение между напряжениями, подаваемыми на входы АЦП 18, получим25 Р)т, е, в соответствии с (1) )ч=,и,Выходной код )ч АЦП 18 подается нацифровое отсчетное устройства 29, где пре- образуется в число, представляющее собой результат определения концентрации,и частиц потока пылевиднога топлива, проходящего через канал емкостного первичного преобразователя 13.На точность измерений пылемера оказывает влияние нестабильность выходного напряжения Ог генератора 1 и нестабильность коэффициента Кунн передачи напряжения усилителя 15, а также нестабильность 40 коэффициента Квып пеРедачи напРЯжениЯвыпрямителя 16, Возникающая из-за этого ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ днестаб ОПИСЫВаЕтся выражением45днестаб=( ) , н, ) ( 1п ) ( 1) (д)50 где Л Ог, Ь Кунн и Л Квып - отклонениевыходного напряжения генератора 1 и коэффИЦИЕНТОВ Кунн И Квып От НОМИНаЛЬНОГО ЗНачения соответственно,Эта погрешность уменьшается благодаря проведению следующей процедуры, Первый 5 и второй 9 переключателиустанавливают в положение "выключено",при котором к зажимам 3 и 4 мостовой измерительной цепи 2 через вторые неподвижные контакты 8 и 12 соответственно(9) 5 циометром, первым и вторым переключате лями с подвижными и неподвижными контактами и дополнительным образцовым конденсатором, при этом выход аналогоцифрового преобразователя подсоединен к цифровому отсчетному устройству, инфор мационный вход через фильтр нижних частот подсоединен к выходу выпрямителя, вход опорного напряжения - к выходу цифроаналогового преобразователя, управляющие (кодовые) входы которого 55 подсоединены к соответствующим выходамзадатчика кодов, а вход напряжения - к среднему выводу потенциометра, крайние выводы которого подсоединены к выходу источника опорного напряжения, зажимь 1 для подсоединения объекта измерений подиодсоединяетея дополнительный образцовый конденсатор 14. Значение его емкостиСдоп выбирается равным игде Ь С о - некоторое, заранее расчитанное значение приращение емкости Со, при котором с учетом заданного значения кода задатчика 26 кодов и заданного положения оси потенциометра 27 на цифровом отсчетном устройстве 29 будет фиксироваться результат измерений близкий к максимально возможному для выбранного типа АЦП, например 1555. Легко видеть, что такое расчетное значение отсчета будет иметь место лишь в том случае, если коэффициенты передачи напряжения Кунн и Квып усилителя 15 напряжения неравновесия и выпрямителя 16 будут равным номинальным (расчетным). Если при подключении дополнительного образцового конденсатора 14 результат измерений будет отличен от расчетного значения, это устраняется вращением оси потенциометра 27 до такого его положения, при котором результат измерения не будет соответствовать расчетному, равному, например, ранее выбранному значению 1555.Для этого случая выражение (6), характеризующее измерительное преобразование прибора может быть записано следующим образом:Формула изобретения Емкостный пылемер, содержащий последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь с зажимами для подсоединения объекта измерений, емкостный первичный преобразователь, усилитель напряжения неравновесия мостовой цепи и выпрямитель, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности определения расхода топлива, он снабжен фильтром низких частот, цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователями с информационными входами и входами опорного напряжения, задатчиком кодов, цифровым отсчетным устройством, источником опорного напряжения, потен 10 15 20 25 30 35 Кп - изменение коэффициента передачинапряжения потенциометром 27. Из выражения (10) следует, что при что выполяется в процессе установления результата измерений емкости Сдоп, равного расчетному значению, выражение (10) приводится к виду выражения (б), где в качестве выражения Ог и коэффициентов Куи Кп выступает номинальное значение напряжения О и коэффициенты, соответствующие номинальным параметрам усилителя 15 и выпрямителя 16, т. е. погрешность измерений емкостного пылемера, вызванная нестабильностью характеристик генератора 1, усилителя 15 напряжения неравновесия и выпрямителя 16 значительно уменьшается.Интервал времени, по истечении которого следует повторять вышеописанную процедуру корректировки амплитудной характеристики тракта обработки измерительного напряжения пылемера зависит от уровня нестабильности его элементов и определяется экспериментальным путем.Таким образом, благодаря введению в структуру емкостного пылемера системы цифровой обработки и корректировки измерительного сигнала, состоящей из АЦП, ЦАП, задатчика кодов потенциометра, источника опорного напряжения, дополнительного образцового конденсатора и цифрового отсчетного устройства повышается точность измерений и обеспечивается прямой отсчет концентрации частиц пыле- видного топлива, что повышает быстродействие процесса измерений,10 1790719 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Составитель Р.ТучинРедактор Н.Козлова Техред М.Моргентал Корректор М.Керецман Заказ 372 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 соединены к подвижным контактам первого и второго переключателей, к первым неподвижным контактам которых подсоединен емкостный первичный преобразователь, а квторым неподвижным контактам - дополнительныйый образцовый конденсатор.