Кондукционный электромагнитный расходомер Советский патент 1984 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к измерен расхода электропроводящих жидкостей электромагнитным методом. Известен электромагнитный расхо домер с трапецеидальным магнитным полем возбуждения, содержащий магнитную систему, участок трубопрово да с электродами и измерительную схему lj . В данном расходомере трансформа торная ЭДС и помеха из-за емкостной связи электродов с магнитной системой, являющиеся причинами дре фа нуля расходомера, в значитель|ной степени локализованы во време|ни. Это позволяет путем измерения {сигнала расхода в те промежутки вр мени, когда их влияние практически отсутствует, существенно снизить дрейф нуля расходомера. Однако это расходомер требует проливной градуировки и показания его зависят от нестабильности магнитного поля преобразователя расхода. Известен также кондукционный электромагнитный расходомер, содер жащий магнитную систему с катушками возбуждения, питаемую синусоида ным током, два усилителя и участок трубопровода с установленными на нем диаметрально противоположно ос новными электродами, подключенными входу первого усилителя, и дополнительными электродами, установленными на образующих трубопровода, проходящих через основные элек роды, и подключенными к входу второго усилителя, и схему обработки сигналов усилителей. Известный рас ходомер позволяет измерять расход без проливной градуировки и облада ет стабильной крутизной градуирово ной характеристики, так как его показания независимы от нестабильн ти магнитного поля преобразователя расхода . 2) , Недостатком известного расходомера является сложность отделения синфазной помехи от сигнала расхода. Поскольку синфазная составляющая помеха нестабильна, то в извес ном расходомере весьма затруднител уменьшить дрейф нуля. Цель изобретения - повышение точности измерения расходомера с рассчитываемой грддуировочиой характеристикой путем уменьшения дрейфа нуля. Поставленная цель достигается тем, что кондукционный электромагнитный расходомер, содержащий.магнитную систему с катушками возбуждения, два усилителя и участок трубопровода с установленными на нем диаметрально противоположно основными электродами, подключёнными к входу первого усилителя, и дополнительными электродами, установленными на образующих трубопровода, проходящих через основные электроды, и подключенны1«1 к вхо1ду второго усилителя, снабжен генератором, интегратором, коммутаторами 2 1 и 1 2 с блоком управления коммутаторами, аналого-цифровым преобразователем, двумя блоками управления знаком, двумя блоками памяти, двумя сумматорами, делительным устройством, блоком вычисления и регистрации и усилителем мощности, причем основной выход генератора через усилитель мощности подключен к катушкам возбуждения, первый управляющий выход генератора подключен к управляющим входам интегратора, блоков управления, знаком и делительного устройства, второй управляющий выход генератора подключен к управляющим входам аналогоцифрового преобразователя и сумматоров, выход первого усилителя подключен к первому входу коммутатора 2 1, выход второго усилителя через интегратор подключен к второму входу коммутатора 2 1, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом коммутатора 1 2, каждьй из выходов которого через последовательно соединенные блок управления знаком, блок памяти и сзгмматор подключен к входам делительного устройства, выход которого соединен с блоком вычисления и регистрации, управляющий выход .- с дополнительными входами сумматоров, а управляющий выход аналого-цифрового преобразователя через блок управления коммутаторами соединен с управляющими входами коммутаторов. На фиг. 1 схематически приведена магнитная система расходомера, на фиг. 2 - блок-схема расходомера. . Кондукционный электромагнитный расходомер содержит магнитную систему 1 с катушками Eoзбyждeшiя 2, 5 , участок трубопровода 3 с установленными на нем диаметрально противо положно основными электродами 4 для снятия скоростного сигнала и дополнительными электродами 5 для снятия вихревого сигнала, расположенными по образующим трубопровода 3, проходящим через основные электроды 4, соответствующие усилители скоростного сигнала 6 и вихревого сигнала 7, генератор 8, основной выход которого, обеспечивающий получение напряжения трапецеидальной формы, подключен через усилитель мощности 9 к катушкам возбуждения 2 магнитной системы 1, а первый уп равляющий выход - к управляющему вх ду интегратора 10, вход интегратора 10 подсоединен к усилителю 7 вих ревого сигнала, выход усилителя 6 скоростного сигнала и выход интегра тора 10 подсоединены к коммутатору 1, выход которого через ана лого-цифровой преобразователь (АЦП) 12соединен с коммутатором 13 1 2. К управляющим входам обоих коммутаторов 11 и 13 подключен блок 4 управления коммутаторами. Выходы коммутатора 13 подсоединены соответственно к блоку 15 управления знаком сигнала расхода и блоку 16 У11равления знаком вихревого сигнала Каждый из блоков 15 и 16 соединен с соответствующим блоком памяти .17 и 18, выходы которых через соответствующие сумматоры 19 и 20 соединены с входами делительного устро ства 21, выход которого соединен с блоком 22 вычисления и регистрации Второй управляющий выход генератора 8 соединен с АЦП 12 и каждым из сумматоров 19 и 20, первый управ-ляющий выход генератора 8 соединен кроме того, с каждым из блоков 15 и 16 управления знаком сигнала расхода и управления знаком вихревого сигнала, а также с делительным устройством. Управляющий выход делительного устройства 21 соединен с каждым сумматором 19 и 20. Принцип работы расходомера основан на следующем. При любом законе изменения магнитного поля преобразователя расхода справедливо соотношение Dvlt)-u,ty4.wWa, ( 20 где сигнал с основных электродов 4; сигнал с дополнительных электродов 5j средняя скорость жидкости, начальный момент интегрирования сигнала с дополнительных электродоврасстояние по образующей между дополнительными электродами Э -(Э; Oj-- Эб). Из соотношения (1), в частности, следует, что постоянная составляюiiЩая jUco(t)dt равна--J- V(. Если момент tp совпадает с моментом перехода скоростного сигнала через . нуль, т.е. Uy(t ) О, то соотношение (1) преобразуется в форму, позволяющую осуществить измерение расхода путем сравнения сигнала с основных электродов 4 с сигналом, пропорциональным интегралу во времени от сигнала с дополнительных электродов 5. Сигнал на выходе физически реализуемого интегратора U,lt)-,IUaiUMi, (2) где ог{ - характеристика интегратора 10, имеющая размерность частоты. Следовательно, при U(tg) О из (1) вытекает л л oTJTUT где Q к u5 - калибровочный расход , (S - площадь поперечного сечения участка трубопровода 3). Аналогичное соотношение получается при произвольных t, если за U; принимать не весь сигнал на выходе интегратора, а только остающийся после исключения постоянной составляющей . Таким образом, можно получить расчетную характеристику и независимость выходного сигнала от нестабильности магнитного поля в преобразователе расхода при любой временной зависимости магнитного поля, в частности и при трапецеидальной. 5 Одновременное стробирование сигналов и и Uj , осуществляемое так чтобы на устройство, реализующее их деление, поступали сигналы от части оснований трапеции и не поступали сигналы в те интервалы времени, ког да на основных электродах присутствует помеха, позволяет, не нарущая соотношения (3), обеспечивающего ра четную характеристику расходомера, значительно снизить дрейф нуля. Генератор 8 формирует напряжение трапецеидальной формы и управляю щие напряжения Un и U , синхронизированные с напряжением U,. Напряжение поступает на усилитель мощ ности 9, к выходу которого подключены катушки возбуждения 2 магнитно системы 1 преобразователя расхода. Под воздействием U через магнитную систему протекает ток трапецеидальной формы, что обеспечивает трапецеидальное изменение во времени магнитного поля и соответственно сигнала расхода Uy, снимаемого с основных электродов 4. Сигнал и усиливается усилителем 6, сигнал Uy усиливается усилителем 7 J имеющими одинаковые коэффициенты усиления. Напряжение с выхода усилителя 7 поступает на вход интегратора 10. Выходное напряжение интегратора 10 Ц в моменты tQ положительных перепадов управляющего напряжения V2 принудительно устанавливается на нулевом уровне, что позволяет исключить влияние возможного дрейфа нуля интегратора 10. Фронты напряжения U2, вырабатываемого генератором 8, приходятся на моменты времени, близкие к тем, когда сигнал расхода проходит через нуль. Этим обеспечивается минимальная составляющая сигнала U на выходе интегратора. Выходное напряжение усилителя 6 Uf и напряжение U поступают на входы коммутатора 11, поочередно подключающего их к входу АЦП 12. Выходной сигнал АЦП подается на вход коммутатора 13, который осуществляет разделение выходного сигнала АЦП снова на два канала - расхода и вихревой. Управление коммутаторами 11 и 13 осун5ествляется при помощи блока 14 управления коммутаторами, который 06 вырабатывает, управляющие сигналы и и Ug под воздействием сигнала готовности АЦП U. Введение коммутаторов 11 и 13 позволяет использовать одно АЦП, что исключает влияние на величину измеренного расхода нестабильности крутизны преобразования АЦП, повышая тем самым точность измерения. АЦП преобразует сигналы, поступаюпще на его вход, в соответст вующие им коды только в интервалы времени, задаваемые напряжением и, также вырабатываемым генератором 8. Напряжение U.j разрещает преобразование сигналов Ui и Uj с помощью А1Щ в течение казадого полупериода трапецеидальных напряжений только на ограниченном интервале времени (t, 6 t 6 tg и t t 6 t), когда эти напряжения постоянны. Интервалы tj-t выбираются такими, чтобы действие трансформаторной помехи с учетом всех реальных переходных процессов уже прекращалось. Тем самым в сигналах, прошедщих АЦП, практически отсутствует трансформаторная помеха. Поэтому исключается нестабильность нуля расходомера, обусловленная в значительной мере этим фактором. Сигналы с выходов коммутатора 13 поступают на блоки управления знаком сигнала расхода 15 и вихревого сигнала 16. Блоки 15 и 16 под воздействием управляющего напряжения U2 меняют знак поступающих на них сигналов на противоположный в отрицательные полупериоды напряжения Ug . Сигналы с выходов блоков 15 и 16 управления знаком подаются на входы блоков памяти 17 и 18, обеспечивающих запоминание одинакового количества, преобразований АЦП в каждом из каналов. Необходимость блоков памяти обусловлена тем, что АЦП за время своей работы в течение интервала t z ( 4 может дать отличающееся на единицу количество отсчетов в каяадом из каналов, что может нарушить соотношение их коэффициентов преобразования и явиться погрешностью измерения. Задние фронты управляющих импульсов и в моменты t2 и t разрешают суммирование сумматорами 19 и 20 информации, содержащейся в блоках памяти 17 и 18. Благодаря наличию блоков управления знаком 15 и 16 сигнал на выходе сумматора 19 оказывается пропорциональным модулю разности Д U, постоянных уровней напряжения на выходе усилителя 6, а на выходе сумматора 20 - пропорциональным разности & U(j постоянных уровней на выходе интегратора 10. Величина ц Uj пропорциональна сигналу расхода Uy, а величина U U как следует из (1), пропорциональн fc JU(,UUt4Au,(t,. ( Таким образом, блок 16 управления знаком позволяет исключить из сигнала на выходе интегратора 10 постоянную составляющую, которая может появляться из-за неидеальной синхронизации фронтов управляющего напряжения 2 с моментами перехода сигнала расхода через нулевое значение. Одновременно блоки 15 и 1б 208 исключают дрейф нуля на выходе АЦП, проявляющийся в виде медленно меняющейся подставки в его выходном сигнале, практически постоянной за период колебаний магнитного поля в преобразователе расхода. Сигналы с сумматоров 19 и 20 поступают на входы делителя 21, который под воздействием положительных перепадов управляющего напряжения и один раз за период изменения магнитного поля осуществляет деление скоростного сигнала на сигнал вихревого канала. По окончании деления делитель 21 вырабатывает управляющий сигнал Ug, осуществляющий сброс на нулевое значение сумматоров 19 и 20. Сигнал с выхода делителя 21 поступает на блок вычисления и регистрации 22, который осуществляет умноуение отношения сигналов на Q , т.е. окончательное вычисление расхода . Изобретение позволяет повысить точность измерения расходомера с рассчитываемой градуировочной характеристикой путем уменьшения дрейфа нуля.

КОНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий магнитную систему с катушками возбуждения, два усилителя и участок трубопровода с установленными на нем диаметрально противоположно основными электродами, подключенными к входу первого усилителя, и дополнительными электродами, установленными на образующих трубопровода, проходящих через основные электроды, и подключенными к входу второго усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения дрейфа нуля, он снабжен генератором, интегратором, коммутаторами 2 1 и 1 2 с блоком управле: ВСЕСОЮШДЯ. EATESfTlfl- TEXftHqECbAS 5И6Л«ОТЕ и ния коммутаторами, аналого-цифровым преобразователем, двумя блоками управления знаком, двумя блоками памяти, двумя сумматорами, делительным устройством, блоком вычисления и регистрации и усилителем мощности, причем основной выход генератора через усилитель мощности подключен к катушкам возбуждения, первый управляющий выход генератора подклю чен к управляющим входам интегратора, блоков управления знаком и делительного устройства, второй управляющий выход генератора подключен к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя и сумматоров, выход первого усилителя подключен (Я к первому входу коммутатора 2-1 , выход второго усилптеля через интегратор подключен к второму входу коммутатора 2 1, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом коммутатора 1 2, каждьй из выходов которого через последовательно соединенные блок управления знаком, блок памя м ти и сумматор подключен к входам делительного устройства, выход которого соединен с блоком вычислеN9 ния и регистрации, управляющий выход - с дополнительными входами сум: маторов, а управляющий выход аналого-цифрового преобразователя через блок управления коммутаторами соединен с управляющими входами коммутаторов .