Способ измерения расхода и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01F1/58 

4

00

со

ND

О5 4

Изобретение относится к измерениям расхода жидкостей электромагнитным методом.1

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображена структурная схема расходомера (устройства для осуществления предлагаемого способа); на фиг. 2 - ведущая программа; на фиг. 3 - прерывающая программа.

Способ измерения расхода заключается в том, что периодически осуществляют коррекцию мультипликативных погрешностей фазочувствительного преобразователя отношения сигнала, снимаемого с электродов к опорному сигналу, снимаемому с пре- образователя индукции магнитного поля, фиксированного в активной зоне преобразователя расхода. Для проведения коррекции выключают фазосдвигающую цепь преобразователя отношения и измеряют отношение к опорному сигналу сигналов на выходе преобразователя индукции, на входе фазосдви- гающего звена питающегося от управляемого опорным сигналом источника напряжения, синфазной составляющей на выходе фазосдвигающего звена, затем включа- ют фазосдвигающую цепь и измеряют отношение к опорному сигналу квадратурной составляющей сигнала на выходе фазосдвигающего звена, далее одновременно измеряют длительность фиксированного числа периодов сигналов и интегральный расход, пропорциональный произведению фиксированного числа периодов сигналов на отношение к опорному сигналу сигнала на электродах преобразователя расхода, а действительные значения расхода определяют по формулам

,-K°/K;

Q Qs/Tn,

где Qs - действительное значение интегрального расхода; Q - действительное значение среднего

расхода;

А, - измеренное значение интегрального расхода;

К° - коэффициент преобразования в условиях градуировки, равный К° А ,-Ав4/л А з.(А5-А-,);

К- текущее значение коэффициента преобразования равное ХА4/л А5-(А2-Аз);

Т„ - длительность фиксированного числа периодов сигналов;

А - результат измерения сигнала пре- образователя магнитной индукции;

А2 - результат измерения сигнала на входе фазосдвигающего звена;

АЗ - результат измерения синфазной составляющей сигнала на выходе фазосдвигающего звена;

А4 - результат измерения квадратурной составляющей сигнала на выводе фазосдвигающего звена.

Расходомер содержит источник 1,- преобразователь 2 расхода, обмотка возбуждения которого соединена с выходом источника 1 питания, мультиплексоры 3 и 4, первые входы которых соединены с электродами преобразователя 2 расхода, вторые входы соединены с выводами преобразователя индукции магнитного поля, фиксированного в активной зоне преобразователя -2 расхода, а третий и четвертый входы мультиплексора 4 включены на «Землю, дифференциальный усилитель 5, входы которого соединены с выходами мультиплексоров 3 и 4, дифференциальный усилитель 6, входы которого соединены с выводами преобразователя индукции магнитного поля преобразователя 2 расхода, масштабный преобразователь 7, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 6, фазосдвигающее звено 8, вход которого соединен с выходом масштабного преобразователя 7 и с третьим входом мультиплексора 3, четвертый вход которого соединен с выходом фазосдвигающего звена 8, фазосдвигающую цепь 9, вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя 6, мультиплексор 10, первый вход которого соединен со входом, а второй - с выходом фазосдвигающей цепи 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 отношения, первый вход которого соединен с выходом мультиплексора 10, а второй - с выходом дифференциального усилителя 5, устройство 12 обмена, соединенное двунаправленной шиной с АЦП 11 отношения, регистр 13, вход которого соединен с выходом устройства 12 обмена, а выход - с управляющими входами мультиплексоров 3, 4 и 10, вычислительное устройство 14, соединенное общей шиной с устройством 12 обмена. Позиции 15-29 относятся к блокам ведущей и прерывающей программ.

Расходомер работает следующим образом.

Источник 1 питания питает обмотку возбуждения преобразователя 2 расхода,создавая в его активной зоне синусоидальное магнитное поле. Под действием этого поля на электродах преобразователя 2 расхода вырабатывается сигнал, пропорциональный скорости движения жидкости, поступающий при измерении расхода через идентичные мультиплексоры 3 и 4 на входы дифференциального усилителя 5. Под действием того же поля преобразователь магнитной индукции преобразователя 2 расхода вырабатывает опорный сигнал, поступающий через дифференциальный усилитель 6, фазосдвигающую цепь 9 и мультиплексор 10 на вход опорного сигнала АЦП 11 отношения, на вход основного сигнала которого поступает сигнал с выхода дифференциального усилителя 5. АЦП 11 отношения выделяет из основного сигнала составляющую, синфазную с поступающим на его вход опорным сигналом и сдвинутую на 90° при помощи фа- зосдвигающей цепи 9 относительно сигнала преобразователя индукции преобразователя 2 расхода. Кроме того, АЦП 11 отношения осуществляет аналого-цифровое преоб- разование отношения средневыпрямленных значений синфазной составляющей к опорному сигналу и выводит через устройство 12 обмена в вычислительное устройство 14 значение интегрального расхода, пропорцио- нальное произведению этого отношения на известное число периодов сигналов с соответствии с выражением

.$ K-Q-T.

(1)

- коэффициент преобразования; Ui - средневыпрямленное значение сигнала Uh(t) Q-T- sinot, снимаемого с электродов преобразователя 2 расхода;

U2 - средневыпрямленное значение опорного сигнала U2(t) cosot, снимаемого с преобразователя индукции преобразователя 2 расхода; Q - среднее значение расхода за время измерения; Т и со - период и частота сигналов.

Входящий в выражение (1) коэффициент К преобразования зависит от элементов схемы расходомера и изменяется под действием изменяющихся внешних условий, в том числе и частоты питания, в результате чего возникает мультипликативная погрешность измерения. Для исключения этой погрешности периодически измеряют текущее значение коэффициента преобразования путем проведения последовательности измерений. Вначале вычислительное устройство 14 при помощи устройства 12 обмена и регистра 13 устанавливает на управляющих входах мультиплексоров 3, 4 и 10 код, включающий опорный сигнал, поступающий с выхода дифференциального усилителя 6 через мультиплексор 10 на вход опорного сигнала АЦП 11 отношения, и сигнал преобразователя индукции преобразователя 2 расхода, поступающий через мультиплексоры 3 и 4 и дифференциальный усилитель 5 на вход основного сигнала АЦП 11 отношения. Количество и площадь витков преобразователя индукции магнитного поля преобразователя 2 расхода выбраны так, чтобы возникающий опорный сигнал был бы примерно равен сигналу на электродах при максимальной скорости жидкости. Изме- ренное при этом значение AI равно составляющей Ki коэффициента K2 преобразования. Затем сигнал со входа фазо- сдвигающего звена 8 через мультиплексор 3 поступает на вход дифференциального усилителя 5, второй вход которого через мультиплексор 4 включается на «Землю, т. е. измеряют значение А2. Сигнал на вход фазосдвигающего звена 8 поступает с вы0

5

5

хода дифференциального усилителя б через масштабный преобразователь 7, имеющий низкое выходное сопротивление и коэффициент передачи, обеспечивающий примерное равенство сигнала преобразователя индукции преобразователя 2 расхода сигналу на входе фазосдвигающего звена 8. Далее сигнал с выхода фазосдвигающего звена 8 через мультиплексор 3 поступает на вход дифференциального усилителя 5, второй вход которого, по-прежнему через мультиплексор 4 включается на «Землю, т. е. измеряют значение АЗ, позволяющее определить текущее значение действительной части коэффициента передачи фазосдвигающего звена 8 в соответствии с выражением

ReT(jco)A3/A2,(2)

nieT(jco) -коэффициент передачи фазосдвигающего звена 8. В качестве фазосдвигающего звена 8 используют интегрирующее или дифференцирующее звено первого порядка, для которого мнимую часть коэффициента передачи определяют по известной действительной части в соответствии с выражением

IfflT(j(o)VReT(jo)- (l-ReT(jco))

-7Аз П Аз -VAl (

(3)

Измерение этой части путем включения мультиплексором 10 выходного сигнала фа- зосдвигающей цепи 9 на вход опорного сигнала АЦП 11 отношения при неизменном состоянии мультиплексоров 3 и 4 позволяет по полученному при этом значению А4 определить текущее значение составляющей К2 коэффициента преобразования, вызванной наличием в схеме расходомера фазо- сдвигающей цепи 9:

К-А

«V2Т-

А4

- (4}

(ju) л/Аз(А2-Аз)v

Затем при неизменном состоянии мультиплексора 10 мультиплексорами 3 и-4 включается сигнал электродов преобразователя 2 расхода на вход дифференциального усилителя 5 и измеряют значение расхода. По известному текущему значению коэффициента преобразования

(5)

К

уАзi (А2-Аз)

программно осуществляется коррекция мультипликативной погрешности, позволяющая определить действительные значения интегрального расхода в соответствии с выражением

Q, A-Ј K°-Q-T,

(6)

где К° - значение коэффициента преобразования, измеренное в условиях проливной градуировки по стенду;

К - значение коэффициента преобразования, измеренное в условиях текущего измерения расхода.

Одновременно с измерением отношения сигналов, длящемуся заданное число перио- дов сигнала, измеряется текущая длительность цикла измерения при помощи встроенного в вычислительное устройство 14 таймера, который устанавливается и считывается по сигналу прерывания, поступающему из АЦП 11 отношения через устройство 12 обмена в вычислительное устройство 14 По известной длительности Т„ цикла измерения программно определяется действительное значение среднего расхода:

Q Qs/Tn.(7)

Управление процессом измерения осуществляет вычислительное устройство 14 по программе, приведенной на фиг. 2 и фиг. 3. По окончании очередного цикла измерения АЦП 11 отношения вырабатывает сигнал

прерывания, поступающий через устройство

12 обмена в вычислительное устройство 14, который при разрешенном прерывании вызывает выполнение прерывающей программы. В блоках 26 и 27 прерывающей программы осуществляется соответственно считывание и начальная установка таймера, а в блоке 28 - ввод измеренного значения расхода. В блоке 16 ведущей программы осуществляется вывод данных, поступающих через устройство 12 и регистр 13 на управляющие входы мультиплексоров 3, 4 и 10. Элементы R массива, выводимые в блоке 16, предварительно сформированы и имеют следующие значения: R(l)2,2; R(2) 3,2; R(3)4,2; R(4)4,l; R(5) 1,I. Целая часть элементов этого массива указывает номер включенного входа мульти- плексоров 3 и 4, а дробная часть - мультиплексора 10. Блок 17 предназначен для пропуска первого после изменения состояния мультиплексоров 3, 4 и 10 цикла, содержащего погрешность, вызванную переходными процессами, связанными с изменением состояния мультиплексоров. Блоки 16-20 выполняются в цикле до окончания процесса измерения коэффициента преобразования. В блоке 23 учтена известная аддитивная погрешность At таймера, вызванная конечным временем выполнения команд считывания и записи данных в таймер. Блоки 22-25, обеспечивающие вывод действительных значений расхода, выполняются в цикле до возникновения необходимости очередного измерения коэффициента преобра- зования. Выполнение в цикле операций измерения коэффициента преобразования и коррекции измеренных значений расхода и обеспечивает достижение цели изобретения.

Формула изобретения

1. Способ измерения- расхода путем коррекции мультипликативных погрешностей из5П

5

0

5 0 5 и 5 0

5

мерительного преобразования по результатам периодических измерений калибровочного сигнала, полученного при помощи преобразователя индукции магнитного поля активной зоны преобразователя расхода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве опорного сигнала используют сигнал преобразователя индукции, для проведения калибровки выключают фазосдвигающую цель измерительного преобразователя и с его помощью измеряют относительные уровни сигналов на выходе преобразователя индукции, на входе фазо- сдвигающего звена и на его выходе, затем включают фазосдвигающую цепь и измеряют относительный уровень квадратурной составляющей на выходе фазосдвигающего звена, осуществляют аналого-цифровое преобразование отношения основного и опорного сигналов преобразователя расхода, измеряют относительный уровень основного сигнала и период опорного сигнала и производят коррекцию оценок расхода по формулам

Q.-A,;

Q Qs/Tn,

где Qs - действительное значение интегрального расхода; Q - действительное значение среднего

расхода;

А, - измеренное значение интегрального расхода;

К° - коэффициент преобразования в ус- ловиях градуировки, Л/Авз-(А1-А-эУ;

К - текущее значение коэффициента преобразования, К А|-А4/ Л/Аз -(Аз- Аз);

Т„ - длительность фиксированного числа периодов сигналов; AI - результат измерения сигнала преобразователя магнитной индукции; А2 - результат измерения сигнала на входе фазосдвигающего звена; Аз- результат измерения синфазной составляющей сигнала на выходе фазосдвигающего звена; А4 - результат измерения квадратурной составляющей сигнала на выходе фазосдвигающего звена. 2. Устройство для измерения расхода, содержащее источник питания, соединенный с преобразователем расхода, выходы основного сигнала которого соединены с первыми входами первого и второго мультиплексоров, выходы которых соединены с входами первого усилителя, а вторые входы соединены с выходами опорного сигнала преобразователя расхода, последовательно соединенные второй усилитель, фазосдви- гающая цепь и третий мультиплексор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя, отличающееся тем, что, с

целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные масштабный преобразователь и фазосдвигаю: щее звено, вход и выход которого соединены соответственно с третьим и четвер- тым входами первого мультиплексора, вход масштабного преобразователя соединен с выходом второго усилителя, входы которого соединены с выходами опорного сигнала, преобразователя расхода, последовательно соединенные устройство обмена и регистр,

выходы которого соединены с адресными входами первого, второго и третьего мультиплексоров, выходы первого усилителя и третьего мультиплексора соединены с входами преобразователя отношений, выход которого соединен двунаправленной шиной с устройством обмена, которое второй двунаправленной шиной соединено с вычислительным устройством, третий и четвертый входы второго мультиплексора соединены с нулевой шиной.

Изобретение относится к измерениям расхода жидкостей электромагнитным методом. Цель изобретения - повышение точности измерения. Осуществляют аналого-цифровое преобразование отношения основного и опорного сигналов преобразователя расхода, причем в качестве опорного сигнала используют сигнал преобразователя индукции. Для проведения калибровки выключают фазосдвигающую цепь измерительного преобразователя и с его помощью измеряют относительные уровни сигналов на выходе преобразователя индукции, на входе и выходе фазосдвигающего звена. Затем выключают фазосдвигающую цепь и измеряют относительный уровень квадратурной составляющей на выходе фазодвигающего звена. Далее одновременно измеряют относительный уровень основного сигнала и период опорного сигнала и осуществляют коррекцию оценок расхода по измеренным данным. Устройство для осуществления способа содержит источник 1 питания, соединенный с преобразователем 2 расхода, первый, второй и третий мультиплексоры 3,4,10,усилители 5 и 6, фазосдвигающие цепи 8 и 9. Кроме того, в устройство входят регистор 13, устройство 12 обмена, АЦП 11 и вычислительное устройство 14. 2 с.п. ф-лы. 3 ил.

Фиг. 2

Г

L

26 В8од Т

Ј

/

27- Вывод Тт,

/:

28

v

ВЫ Л(1

Г Возврат J

L

од

28

v

Фиг.З