Электромагнитный расходомер с частотным выходом Советский патент 1983 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к измерению расхода и копичества жидкостей электромагнитным методом. Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом и компенсационной схемой преобразования сйгтала в частоту. Они содержат два канала преобразования, в каждом из которых имеются фазовые детекторы, преобразователи напряжение-частота, частота-напряжение с соответствующими фильтрами fl 3. Однако схемы таких расходомеров сложны. Они возбуждаются промышленной частотой, поэтому для возбуждения требуется значительная мощность. При питании промышленной частотой возникает довольно значительная трансформаторная помеха, для подавления которой необходим дополнительный канал. Известен также электромагнитшзе ра ходомеры, в которых частота возбуждения равна выходной частоте. При значителько меньшей, чем промышленная, час тоте возбуждений это дает существенный выигрыш в-мощности возбуждения. Трансформаторная помеха при этом получается ничтожной. Наиболее экономичным из таких расходомеров является электромагнитный расходомер с частотным выходом, который coдepжиt датчик, основную, вспомогательную и контрольную схемы сравнения, схему управления, генератор тока треугольной формы, формирователь магнитного поля и, резистор, причем основная схема сравнения состоит из усилителя сигнала датчика, .порогового устройства, первого ключа, а также запоминающего устройства и второго ключа, включенных в цепь об ратной связи усилителя, и схемы задани опорного напряжения, состоящей из обмотки обратной связи, делителя напряжения и третьего ключа. Один электрод датчика подключен к общей точке схемы а другой - к последовательному соеди-, нению выхода схемы задания опорного напряжения и входа усилителя сигнала датчика, выход которого через второй ключ соединен с первым входом порогового устройства. Второй вход порогового устройства подключен к общей точке схемы, а выход вместе с выходами дополнительной и контрольной схем сравнения подсоединен к входу схемы управления, выходом соединенной с входом генератора тока треугольной формы, к выходу которого подключено последователь ное Соединение катушки формирователя , магнитного поля и резистора. Обмотка 10 6S2 обратной связи на мотана на катушку формирователя магнитного поля 2J. Основным недостатком известного рас ходомера является недостаточная точность преобразования, вызванная низкой помехоустойчивостью трансформаторного способа задания опорного сигнала. Трансформатор фактически является дифференцирующим устройством, поэтому он очень чувствителен к высокочастотным помехам, и практически невозможно найти способ, позволяющий исключить их из опорного сигнала, не ухудшая при этом метрологических свойств расходомера. Любые способы фильтрации увеличивают динамические погрешности расходомера и уменьшают его быстродействие. Наличие помех В опорном сигнале увеличивает погрешность преобразования, делая ее зависимой от места установки расходомера, пит тающей сети, качества заземления и т,п. Применение других дифференциаторов сигнала, пропорционального току возбуждения, для задания опорного напряжения основной схемы сравнения тоже не позволяет избежать помех. Задание же опорного сигнала, независимого от тока возбуждения, сильно увеличивает погрешности, вызванные температурным и вреК.енным дрейфом параметров, определяющих скорость изменения тока возбуждения. Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости расходомера. Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном расходомере с частотным выходом, содержащем датчик, основную и вспомогательную схемы сравнения, схему управления, последовательно соединенные генератор тока треугольной формы, катушку формирователя магнитного поля и резистор, причем основная схема сравнения содержит усилитель сигнала датчика, пороговое.устройство, запоминающее устройство и схему задания опорного напряжения, в состав которой входит ключ, выход порогового устройства подключен к первому входу схемы управления, второй вход которой через вспомогательную схему сравнения соединен с точкой соединения катушки формирователя магнитного поля и резистора, а выход - с генератором тока треугольной формы, в схему задания опорного напряжения введен формирователь эталонного временного импульса, вход которого соединен с вьгкодом схемы управления, а выход - с управляющим входом ключа, точка соединения катущки формирователя магнитного попя и резистора подключена через ключ к входу запоминающего устройства и второму входу порогового ус.т ройства, первый вход которого через уси питепь сигнала датчика соединен с датчиком. На чертеже приведена блок-схема рас ходомера. Расходомер состоит из датчика 1, электроды которого подключены к усилителю 2 сигнала датчика. Выход последнего соединен с первым входом порогового устройства 3, к второму входу которого подсоединено запоминающее устройство 4 и через ключ 5 точка соед№нения катушки 6 формирователя магнитного поля . и резистора 7. Другой выво резистора 7 подключен к общей точке схемы расходомера, а второй вывод катушки 6 формирователя - к выходу генератора тока треугольной формы 8. Управляющий вывод ключа 5 подсоединен к фор 4ирователю 9 эталонного временног импульса/вход которого соединен со схемой 1О управления, своим выходом подключенной к входу генератора 8, а входом - к выходу порогового устройства 3. Вход вспомогательной схемы 11 сравнения подключен к точке соединения катушки 6 формирователя магнитного поля и резистора 7, а выход - к схеме 10 управления. Расходомер работает следующим образом. В момент включения ток возбуждения на выходе генератора 8, протекающий в катушке 6 формирователя магнитного поля и в резисторе 7, начинает линейно возрастать. Линейно растет также индукция магнитного поля в датчике 1, сигнал на его электродах и на выходе усилите|ля 2. Это измерительный полупериод. Сигнал на выходе усилителя 2, а следо|вательно, на входе порогового устройства 3, можно представить как e Ki;,Vt, где V - скорость потока жидкости; ;)Q - скорость изменения тока возбуждения на выходе генератора 8; . К - коэффициент пропорциональности который определяется отношением мeжд2J ндyкциeй и возбут дающим ее ток см в датчике 1, расстоянием между его электро дами и коэффициентом усиления усилителя 2. l SS4 В мсмент начала измерительного П(лупериода запусжается формирователь 9 эталонного временного импульса, который открывает ключ 5 на эталонше время VQ . На второй вход порогового устройства 3 поступает сигнал с резистора 7 I , где R - сопротивление резистора 7. Для правильной работы схемы крутизна сигнала е должна быть больше крутизны сигнала е, т.е. для любой преобразуемой скорости потока. В момент t открывается и на запоминающем устройстве 4 запоминается значение падения напряжения на резисторе 7 в этот момент: l,Rt Для всех последующих моментов времени измерительного полупериода ва втором входе порогового устройства 3 напряжение остается ф1шсированнь1М, равным Е„, в то время как напряжение на первом входе продолжает расти. В момент равенства е EQ пороговое устройство 3 срабатывает и переводит схему 10 управления в обратный полупериод. Ток возбуждения на выходе генератора начинает линейно убывать до тех пор, пока напряжение на резисторе 7 не станет равным нулю. В мсмент е, О срабатывает вспомогательная схема 11 сравнения, вновь переключающая схему. 10 управления, которая опять меняет направление изменения тока в генераторе 8 и запускает формирователь 9 эталонного временного импульса. Вновь начинается измеритель№1й полупериод. Продолжител1гность измерительного полупериода можно определить из уравнения г , Отсюда Продолжительность обратного полупе,риода при одинаковой скорости измедания тока возбуждения в обоих полупериодах равна продолжительности измерительного попупериода. Таким образом, период преIобразования Т 2-t., а частота преобразования, являющаяся выходным сигна.lOM расходомера, равна 1К 2t, R-C-Q Расходомер позволяет обеспечить : большую точность преобразования в широком диапазоне температур при дпительной зчссплуатации. При этом его помехоустойчивость значительно выше, чем у прототипа, В расходомере фактически реализован способ преобразования с импуяьоной обратной связью, широко известный в технике преобразования электрических величин в частоту, который несколько модифицирован, так как в данном случае вместо интегрирования применяется умножение на линейно измеряющийся сигнал. Напряжение Ер, фиксируемое запоминающим устройством на втором входе порогового устройства, фактически являющееся опорным напряжением, лишено всяких помех. При этом коэффициент преобразо вания не зависит от скорости изменения тока возбуждения. Эталонный промежуток времени С можно задать с очень высокой точностью. Если расходомер снабжен устройством индикации, то в нем должен присутствовать частотомер, которь1й обычно содержит кварцевый генератор, позволяющий очень просто сформировать необходимый промежуток времени.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, соаержаишй датчик, основную и вспомогательную схемы сравнения, схему управления, последовательно соединенные генератор тока треугольной формы, катушку формирователя магнитного поля и резистор, причем основная схема сравнения содержит усилитель сигнала датчика. пороговое устройство, запоминающее устройство и схему задания опорного напряжения, в состав которой входит ключ, выход порогового устройства подключен к первому входу .схемы управления, второй вход которой через вспомогательную схему сравнения соединен с точкой соеди-tнения катушки формирователя магнитного поля и резистора, а выход - с генератором тсжа треугольной формы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в схему задания опорного напряжения введен формирователь эталонного временного импульса, вход которого соединен с выходом схемы управления, а выход - с управляющим входом ключа, точка сое(Л (Z динения катушки формирователя магнитного поля и резистора подключена через ключ к входу запоминающего устройства и вторсмлу входу порогового устройства, первый вход которого через усилитель сигнала датчика соединен с датчиком. ел ю ел ю

4D

хч

х