В.Н. Астапов, д.т.н.,  профессор

 

Н.Н. Паршин, студент СамГТУ 

 

Д. И. Кисняркин, студент СамГТУ 

 

Т. А. Ширяева, студентка СамГТУ 

 

ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»

Самара Россия (443100 Россия, г. Самара, ул., Молодогвардейская  дом 244), e-mail: rector@samgtu.ru

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫХОДНЫХ ИМПУЛЬСОВ РАСХОДОМЕРОВ

НЕФТЕПРОДУКТОВ В ЦИФРОВОЙ КОД

_______________________________________________________________

         Настоящая статья посвящена разработке преобразователя импульсов расходомеров типа «Турбоквант» и ультразвуковых расходомеров типа «Расход»  и других с импульсным выходом.  Преобразователь построен на основе  «Устройство для измерения частоты и периода»  по патенту РФ  № 1824592.

__________________________________________________________________

         Ключевые слова: преобразователь частоты, импульсы, цифровой код, программируемый счетчик-таймер, триггер, формирователь импульсов.

 

Устройство для преобразования частоты импульсов расходомеров типов "Турбоквант" и "Расход 7" в цифровой код, построено на программируемом счетчике-таймере КР580ВИ53 и его схема представлена на рис.1

Рис. 1. Преобразователь частоты импульсов в цифровой код.

Устройство содержит: программируемый счетчик-таймер 1, генератор тактовой час­тоты 2, Д-триггер 3, компаратор частоты 4, входной формирователь импульсов 5, инвертор 6, Д-триггер 7, элементы И-НЕ 8,9, элемент И10, элемент ИЛИ 11, RS-триггер 12, формирователь коротких импульсов 13, элемент ИЛИ 14, второй формирователь коротких импульсов 15, элемент И 16, RS-триггер 17, элемент И 18, триггер 19 и 22, элементы И 20,21, элемент И 23, элемент ИЛИ 25, два инвертора 26 и 27, шину данных и шину управления.

Данное устройство работает следующим образом.

При включении питания по линии "Сброс" поступает сигнал общего сброса, который через элементы ИЛИ 11, 14 и 25 переводит триггеры 3, 12 и 17 в исходное состояние. Из памяти программ в счетчик второго канала загружается коэффициент деления тактовой частоты для формирова­ния эталонной частоты. В счетчике первого и третьего каналов загру­жается одна и та же величина, равная количеству импульсов -Nзад. В одном случае эта величина будет использована для расчета частоты при измерении высоких частот, при измерении низких частот будет использо­ваться только третий канал, и данная величина будет являться точкой отсчета импульсов. На второй вход компаратора частоты 4 подается опорная частота  Fоп.

При измерении высокой частоты Fx> Fоп  на первом выходе компаратора частоты 4 будет логическая "1". При запуске устройства измерения импульсный сигнал "Упр" поступает на элемент И 10, который при нали­чии на первом входе элемента 10 логической "1" проходит на прямой вход триггера 12 и взводит его. Логическая "1" с прямого выхода поступает на вход разрешения счета Р1 первого счетчика-таймера 1 и одновременно взводит триггер 3, логическая "1" с прямого выхода ко­торого поступает на вход разрешение счета Р3 третьего счетчика-таймера. В этом cлучае счетчики первого и третьего каналов /счетчики обратные/ начинают одновременно считать импульсы эталонной частоты, поступающей с выхода счетчика второго канала, и измеряемой частоты поступающей на первый счетчик с формирователя импульса /1/.

При достижении, например, числом в счетчике третьего канала таймера 1 значения Nзад, т.е. счетчик станет равен нулю, на выходе В3 третьего канала появится соответствующий сигнал, который одновре­менно с последним учтенным импульсом эталонной частоты через элемент И  21 устанавливает в единичное состояние триггер 22, который удержи­вается в единичном состоянии некоторое время за счет конденсатора C1. Появившийся после этого на втором входе элемента И 23 импульс неиз­вестной /меньшей/ частоты поступает на вход счетчика первого канала и через элемент И 23, элемент ИЛИ 24 и элемент ИЛИ 11 устанавливает в нулевое состояние триггер 12, высокий потенциал инверсного выхода  с которого поступает на блок 13 формирователя коротких импульсов, данный импульс через элемент ИЛИ 14 сбрасывает триггер 3 и поступает на вход прерывания процессора INT2. В результате опрокидывания триг­геров 3 и 12 на их прямых выходах будет логический "0", который зап­ретит подсчет импульсов счетчиками первого и третьего каналов.

Еcли большей, чем эталонная, окажется измеряемая частота, то первым выработает сигнал с выхода В1 первый канал таймера 1, который переключит триггер 19 в единичное состояние и с появлением на входе элемента И 20 импульса эталонной частоты данный сигнал пройдет через элемент ИЛИ 24, элемент ИЛИ 11 и установит триггер 12 в нулевое сос­тояние. Далее схема работает по выше описанному алгоритму.

Процессор по сигналу прерывания INТ2 отсчитывает зафиксированные числа со счетчиков первого и третьего каналов таймера 1 и вычис­ляет результат измерения по алгоритму, приведенному в формулах 1

;                   ;                                         (1)

где     - измеряемая частота,

        - период измеряемой частоты,

        - зафиксированное число импульсов эталонной частоты,

        - зафиксированное число импульсов измеряемой частоты.

При снижении входной частоты Fx менее опорной  Fоп, (Fx<Fоп) компаратор частоты 4 переключится и логическая "1" появится на втором выходе. В этом случае управляющий импульс "Упр" поступает через эле­мент И 16 на прямой вход триггера 17, единичный потенциал с прямого выхода триггера 17 поступает на информационный вход триггера 7. При поступлении на счетный вход триггера 7 импульса измеряемой частоты последний взведет триггер 7 в единичное состояние, высокий потенциал с прямого выхода разрешит пропуск импульса измеряемой частоты через элемент И-НЕ 8 и далее через элемент И-НЕ 9, который будет открыт высоким сигналом с выхода компаратора частоты 4, импульс поступив на счетный вход триггера 3 введет его в единичное состояние, логическая "1", поступив на разрешающий вход Р3 таймера 1, дает разрешение на подсчет числа импульсов эталонной частоты. При прохождении полного периода измеряемой частоты, триггер 3 вернется в исходное состояние и запретит подсчет импульсов эталонной частоты, а высокий потенциал с инверсного выхода поступает на блок 15 формирователя коротк1ого им­пульса, с выхода которого импульс поступает на вход прерывания про­цессора INT1, а также через элемент ИЛИ 25 сбрасывает в исходное состояние триггер 17 и далее нулевой сигнал на информационном входе триггера 7 перепишется следующим импульсом измеряемой частоты на прямой выход триггера 7, который запретит пропуск импульсов на счет­ный вход триггера 3.

Процессор по сигналу прерывания INT1 считывает число со счетчи­ка третьего канала таймера 1 и вычисляет по алгоритму, приведенному ниже, фактическое число импульсов за период измеряемой частоты (2) и результата измерения частоты (3)     (8).

 

              ;                                               (2)

 

где  - заданное число, записанное в счетчик перед измерением,

         - текущее число, в конце измерения,

         - фактическое, зафиксированное число импульсов эталонной частоты.

    

                                                                             (3)

 

ЛИТЕРАТУРА:

1.     Астапов В.Н. Устройство для измерения частоты и периода //Патент  № 1824592 РФ. – Бюл. № 24, 1993.