Электромагнитный расходомер с частотным выходом Советский патент 1984 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к измереHHFo ра9хода и количества жидкости электромагнитным методом, в частности измерению малых и знакопеременных расходов, а также мультипликативно связанных с ними величин

Известен :электромагнитнга1й расходомер с частотным выходом, в котором частота возбуждения равна, выходной частоте, содержащий датчик«, формирователь магнитного поля, уси лктель сигнала датчика, генератор тока треугольной формы, основную и дополнительную схемы сравнения и схему управления генератором, выход которой подключен к входу генератора тока, а вход - к выходам сравнивающих устройств. Мощность возбуждения такого расходомера при сохранении чувствительности и заданной час1оте минимальная по сравнению с другими формами тока возбуждения 13 ,

Недостатком известного расходомера является принципиальная невозможность измерения малых и знакопеременных расходов. Это связано с тем, что при очень малых расходах полезный сигнал датчика имеет малую амплитуду и за измерительный полупериод не успевает достичь значения опорного напряжения, уменьшение которого недопустимо из-за помех, возникающих как в датчике, так и в линии передачи. При изменении направления потока жидкости разность между полезным сигналом и опорным напряжением не уменьшается, а растет, и измерение принципиально невозможно .

-у

. Известен также электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий соединенные последовательно датчик и усилитель сигнала датчика, формирователь магнитного поля, подключенный к генератору тока треугольной формы, триггерное устройство, к входам которого подключены выходы основной и дополнительной схем сравнения, источник опорного напряженияИ,имитатор полезного сигнсша датчика, причем основная fсхема выполнена из последовательно соединенных порогового устройства и трехвходового суммирующего усилителя, к первому входу которого подключен выход источника опорного напряжения, к второму входу - имита, тор полезного сигнала датчика, к третьему входу-- выход усилителя . сигнала датчика, а к выходу - вход порогового устройства, выход триггерного устройства соединен с источником опорного напряжения и входом генератора тока треугольной формы дополнительные выходы которого соединены с имитатором полезного cwr

нала датчика и дополнительной схемой сравнения 2. ,

Основным недостатком известного расходомера является относительная слохгсность и трудоемкость его обслуживания. Поддержание заданной точности в процессе эксплуатации производится путем eJ7o периодической проверки и калибровки при помощи расходомерного стенда или имитатора сигнала. Для Э:;ого необходимо периодически или при каждом появлении подозрений в достоверности провдимых измерений прекратить процесс измерения, перекрыть поток жидкости через датчик, либо каким-либо образом отключить или занулить полезный сигнал на выходе усилителя сигнала датчика и затем произвести, как минимум, 3-5 измерений выходного сигнала прибора. Результанта этих измерений должны соответствовать частоте -Гц, При необходимости следует, изменяя какой-либо параметр ( например, крутизну изменения тока или опорное напряжениеJ, установить показания, соответствующие значению fQ. Для повышения достоверности такую операцию следует повторить несколько раз,

Цель изобретения ,- уменьшение трудоемкости обслуживания расходомера и повышение достоверности измерения за счет автоматической калибровки ,.

Указанная цель достигается тем, что электромагнитный расходомер, содержащий соединенные последовательно датчик и усилитель сигнала датчика, формирователь магнитного поля подключенный к генератору тока треугольной формы, триггерное устройство ,. к входам которого подключены выходы основной к дополнительной . схем сравнения, источник опорного напряжения и имитатор полезного сигнала датчика, причем основная схема сравнения выполнена из последовательно соединенных порогового устройства и трехвходового суг- мирующего усилителя, к первому входу которого подключен выход источника опор ногр напряжения, к вогорому входу имитатор полезного сигнала датчика, а к выходу - вход порогового устройства, выход триггерного устройства соединен с входом источника опорного напряжения и входом -генератора тока треугольной формы, дополнительные выходы которого соединены с имитатором полезного сигнала датчика и дополнительной схемой сравнения, снабжен тремя ключадш, тремя сум;мирую1цими счетчиками импульсов, вычитающими счетчиками импульсов, генератором стабильно частоты, делителем частоты, ждущим мультивибратором, регистром устройством внешнего запуска и формирователем, причем выход усилителя CHTFta ла датчика подсоединен к третьему входу суммирующего усилителя через первый ключ, выход дополнительной схемы сравнения подключен к входу ждущего мультивибратора, первому входу формирователя и через третий суммирующий счетчик импульсов - к второму входу формирователя, выход которого соединен с управляюлими входами первого, второго и третьего ключей и сбросовым входом первого суммирующего счетчика и myльcoв, генератор стабильной частоты соединен со счетныг.ш входами первого и второго вычитающих счетчиков импуль сов и через последовательно соеди-ненные-делитель частоты и второй ключ - со счетным входом первого суммирующего счетчика импульсов, ин формационные выходы которого соединены с информационными входами первого вьмитаюцего счетчика импульсов сигнальный выход которого соединен .с соиственным входом записи и счетным входом второго суммирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого через регистр соеди нены с информационными входами второго вычитающего счетчика импульсов сигнальный; выход которого соединен с собственным входом записи и с выходом расходомера, выход ждущего мультивибратора соединен со сбросовым входом второго суг1мирующего .. счетчика игшульсов и через третий ключ - с тактовым входом регистра, л третий вход формирователя соединен с устройством внещнего запуска. На чертеже представлена структур ная схема расходомера. Расходомер состоит из датчика 1, к электрода м которого подключен уси литель 2 сигнала датчика. Выход последнего через первый ключ 3 подсое дивен к третьему входу суммирующего усилителя 4, первый вход которого подключен к выходу источника 5 опор ного напряжения, выполненного в виде обмотки, размещенной поверх обмотки возбуждения формирователя б магнитного поля, второй вход суммирующего усилителя 4 подключен к ими татору 7 полезного сигнала, а выход к пороговому устройству 8, ВЫ ходы порогового устройства 8 и дополнительной схемы 9 сравнения подключены к триггерному устройству 10 выход которого соединен с входом генератора 11 тока треугольной фор ;Ф1. Первый вход формирователя 12 н вход ждущ.его мультивибратора 13 под ключены к выходу дополнительной схе мы 9 сравнения,а выход формирователя 12 соединен с управляющими входа ми первого 3,второго 14 и третьего ключей и сбросовым входом первого суммирующего счетчика 16 И 1тульсов, счетный вход которого соединен через ключ 14 с выходом делителя 17 частоты, а информационные выходы с информационными входами первого вычитаюшего счетчика 18 импульсов. Вход делителя 17 вместе со счетными входами счетчика 18 и второго вычитающего счетчика 19 импульсов подключены к выходу генератора 20 стабильной частоты. Выход счетчика 18 подключен к .собственному входу записи и к счетному входу второго суммирующего счетчика 21 импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами регистра 22. Информационные выходы последнего соединены с информационными входаг и счетчика 19, выход которого соединен с выходом устройства и с собственным входом записи. Выход ждущего мультивибратора 13 подключен к сбросовому входу счетчика 21 и через ключ 15 к тактовому входу регистра, третий вход формирователя 12 соединен с выходом устройства 23 внешнего запуска, а второй вход - с выходом третьего суммирующего счетчика 24 импульсов, вход которого соединен с выходом дополнительной схемы 9 сравнения. Устройство работает следующим образом. -, в случае, когда ключ 3 замкнут, в части схемы, состоящей из датчит ка 1, усилителей .2 и 4, источника 5 опорного напряжения, порогового устройства 8, имитатора 7, схемы 9 сравнения, триггерного устройства ,10, генератора 11 и формировате-. ля б, происходит периодический процесс, аналогичный происходящему в известном устройстве. При этом частота изменения магнитного поля, равная частоте срабатываний порогового устройства 8 и схемы 9 сравнения, будет вь.ражаться следующим образом: ,f KO cunst (V-fl) 2 k И K соответственно коэфЛициен- ты пропорциональности сигнала имитатора и значения опорного напряжения; отношение между скоростям. изменения магнитного поля в обратном и прямом полупериодахV - скорость потока жидкости через датчик 1. Ключ 3 размыкается одновременно с размыканием ключа 15 и замыканием ключа 14 на время действия импул ьса на выходе формировате.пя 12. Формирователь 12 формирует управляющий

импульс на выходе при условии поступления импульса запуска с выхода третьего су1иг 1ирую цего счетчика 24 импульсов или с устройства 23 внешнего запуска. Таким образом, автоматически устройство будет калиброваться раз в ;п периодов ( п - емкость третьего суммирующего счетчика 24 импульсов ), а также каждый раз при воздействии устройства внешнего запуска. При этом начало управляющего импульса совпадает с началом первого импульса с выхода дополнительной схемы 9 сравнения, пришедшего после появления импульса запуска, и продолжается один или несколько целых периодов изменения магнитного поля. Так как дополнительная схема сравнения срабатывает в момент равенства магнитного поля в датчике нулю, то начало и конец упг авляю- , го импульса совпадает с таким моментом. Когда ключ 3 разомкнут, то на первый вход суммирующего усилителя 4 не поступает сигнал Это равносильно .равенству нулюсигнала на выходе усилителя 2, а, темсамым, равенству .V 0. При этом частота срабатывания 9 сравнения будет равна .

а период

Импульс на выходе формирователя 12

имеет продблжительность Т-

(п-1, 2 , 3,...), За это время импуль

э

fj - чассами частотой- -- , где

К,

тота генератора 20.стабильной частоты, а 1 - коэффициент деления делителя 17, с выхода делителя через ключ в счетчике 16 записывается число NO, равное

N.b

-КГ о К,

Это число хранится в счетчике 20 до прихода следующего управляющего импульса. Начало управляющего импуль са сбрасывает содержание счетчика 20 на нуль.

После оконча;ния управляющего им-. пульса на выходе дополнительной схемы 9 сравнения опять появляются импульсы, частотой K(, . Они .поступают на ждущий мультивибратор 1 На выходе последнего в момент поступления каждого импульса на вход формирователя поступает тактовый импульс, длительность которого меньше периода повторения выходных импульсов генератора 20 стабильной частоты. Эти импульсы управляют работой счетчика 21 и регистра 22.

На счетный вход счетчика 21 по- ступают импульсы с выхода счетчика 18, появляющиеся в момент, когда

его содержимое -становится равным ,, нулю. Одновременно они поступают на( собственный вход записи и в счетчик 18 записывается число, равное содержимому счетчика 16. Содержимое счетчика 18 непрерывно вычитается

частотой f.

поэтому выходная частота счетчика 18, равная частоте заL

писи счетчика 21, будет

Б

Nr

счетчике 21 содержимое последователно накапливается до тех пор, пока не поступает тактовый импульс со ждущего мультивибратора 13. Своим передним фронтом он переписывает содержимое счетчика 16 в регистр 22, а задним фронтом сбрасывает содержимое счетчика 21 на нуль. При этом в счетчике 21 за время между двумя тактовыми импульсами, равное периоду, накапливается число N

- 1э.

111

Это число и переписыN

0 о

Бается в регистр 22, На счетчике 19 аналогично счетчику 18 импульс появляетс.ч в момент равенства его содержания нулю. Он поступает на выход устройства ri одновременно на свой вход записи, записывая через информационные входы число N, равное содержимому регистра 22. Так как содержимое счетчика 19 последовательно вычитается частотой f , то на его выходе импульсы будут появляться с частотой

э

N

ll-H f о

Подставив значения f и N для частоты fg,,, получим следующее выражение;

Э Г, /KgV

fBb,x(

V7 А

г -

где

Во время действия управляющего иш:ульса на выходе формирователя 12 воздействие на тактрвый вход регистра 22 блокировано ключом 15. Поэтому содержимое регистра поддерживается таким, каким было непосредственно перед началом управляющего импульса. Смена содержимого регистра 22 произойдет лишь по окончании первого периода, следующего за окончанием управляющего и myльca.

Таким образом, в предлагаемом . устройстве автоматически производится калибровка его выходной частоты при отсутствии сигнала датчика. Автоматически имитируется состояние неподвижного потока жидкости без из

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, содержащий соединенные последовательно датчик и усилитель сигнала датчика, формирователь магнитного поля, подключенный к генератору тока треугольной формы, триггерное устройство, к входам которого подключены выходы основной и дополнительной схем сравнения, источник опорного напряжения и имитатор полезного сигнала датчика, причем основная схема сравнениявыполнена из последовательно соединенных порогового устройства и трехвходового суммирующего усилителя, к первому входу которого подключен выход источника опорного напряжения, к второму входу - и.1Итaтop полезного сигнала датчика, а к выходу вход порогового устройства, выход триггерного устройства соединен с входом источника опорного напряжения и входом генератора тока треугольной форг/1ы, дополнительные выходы которого .соединены с имитатором полезного сигнала датчика и дополнительной схемой сравнения, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости обслуживания расходомера и повышения достоверности измерения за счет автоматической калибровки, он снабжен тремя ключами, тремя суммирующими счетчиками импульсов, двумявычитающими счетчиками импульсов, генератором стабильной частоты, делителем частоты, жду11им мультивибратором, регистром, устройством внешнего запуска и Формирователем, причем выход усилителя сигнала датчика подсоединен к третьему, входу суммирующего усилителя через первый ключ, выход дополнительной схемы сравне-ния подключен к входу ждущего мультивибратора, первому входу формирователя и через третий суммирующий счетчик импульсов - к второму входу формирователя, выход которого соединен с управляющими входами пер(Л вого, второго и третьего ключей и сбросовым входом первого сумлирующего счетчика импульсов, генератор стабильной частоты соединен со счетными входами первого и второго вычитающих счетчиков импульсов и через последовательно соединенные делитель частоты и второй ключ - со счетным входом первого суммирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого вычитаюИ щего счетчика импульсов, выход коИ торого соединен с собственным вхосо дом записи и счетным входом второго сум 1ирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого через регистр соединены с информационными входами зторого вычитающего счетчика импульсов, выход которого соединен с собственным входом запи си и с выходом расходомера, выход ждущего мультивибратора соединен со сбросовым входом второго суммирующего счетчика импульсов и через третий ключ - с тактовым входом регистра, а третий вход формирователя соединен с устройством внешнего запуска.