Дифманометрический расходомер с выходным сигналом постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК G01F1/34 

«

СП

3 .150

Изобретение относится к приборо- строепио, а именно к дифманометри- ческим расходомерам, преобразующим переменньш перепад давления на сужаю- щем устройстве в пропорциональный расходу электрический выходной сигнал, и может быть использовано в качестве измерительного преобразователя в системах контроля и регулирования расхо- да технологических процессов.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения расхода.

На чертеже приведена структурная схема дкфманометрического расходоыера

Дифманометр1-1ческий pacxoдo ep со- дерлсит в прямом канале усиления изме- рктельный преобразователь 1 разности давлений в перемещение, преобразователь 2 перемещения в магнитный по- TOKj блок 3 сравнения, электронное усилительное устройство 4, на выходе которого формируется информативньй сигнал расходомера в виде постоянно

го тока,

Цепь двукаиальной обратной связи содержит преобразователь 5 обратной связи, осуществляющий формирование компенсационного сигнала в виде магнитного потока,..сумматор б сигналов напряжения постоянного тока, преобразователь 7 -ток.-напряжение} широ но-импульсньш модулятор 8, пороговое устройство 9 с однополярным выходом источник 10 опорного напряжения, ин- вертирутащий однополупериодный выпрямитель 11, ф1-шьтр 12 нижних частот.

Устройство работает следующим образом,

При гюздействии переменного перепада давления происходит. nejieMe- щение постоянного магнита, жестко связанного с сильо роном. Это приводит к возникновению на измерительной диа 1 онали мостовой -схемы блока 3 сравнения напряжения, пропорционального по величине указанному перемещению постоянного магнита. Напряжение постоянного тока усиливатеся устройет

вом 4„ Через нагрузку протекает вьс- ходной ток расходомера, пропорцио- . нальный по величине Действующему на входе переменному перепаду давле НИН. Этот ток поступает на вход преобразователя 7 ток - напряжение, формируя сигнал отрицательной обратной связи, и с вьпсода преобразователя 7- на входы порогового устройства 9, ши4

ротно-импульсного модулятора 8 и од- нополупериодного выпрямителя 1,1,

Если выходной сигнал расходомера удовлетвор.яет условию Ig{,ix 1„ то сигнал нелинейной положительной обратной связи не формируется, Б этом случае с выхода порогового устройства 9 на один из управляющих входов однополупериодного выпрямителя поступает команда Запрет, которая блокирует прохождение сигнала через цепь выпрямителя. Устройство в целом работает как дифманометр, в котором выходной сигнал изменяется по пропорциональному алгоритму

КгКг-К -К4 4Р БЫХ T+K7VK5 K,K7

(1)

где К,-К - линейные коэффициенты передачи функциональных элементов 1-7 соответственно,

При работе блока 3 сравнения и усилительного з стройства А в режиме нуль-органа (с достаточно большим коэффициентом усиления) имеет место равенство

т -JicKj. . л р вь/х

(2)

При изменении выходного сигнала расходомера в диапазоне, удовлетворяющем условию I ц 1 Bbtx ллако срабаты- вает пороговое устройство, снимая команду Запрет на прохождение напряжения через цепь выпрямителя 11, В этом случае на выходе фильтра 12 формируется сигнал нелинейной положительной обратной связи, состоящий из двух составляющих, а именно

Y - : 4- V 1 ОС. ЛИН 1 ОС. Кб

(3)

где ..йин ос.кб линейная и квадратичная составляющие сигнала положительной обратной связи.

Когда выходной сигнал расходоме- ра равен нулю, на выходе широтно-им- пульсного модулятора 8 отсутствует какой-либЬ сигнал. При появлении выходного сигнала I , модулятор 8 начинает формировать однополярные прямоугольные импульсы длительностью t и периодам следования Т , При этом коэффициент заполнения g-импульсов изменяется по следующему алгоритму

KT-KJ- Ignx

Ь п

(A)

Во время t импульсный сигнал напряжения с мо ;улятора 8 подается на один из двух управляющих входов одно- полупериодного выпрямителя 11 в виде команды Запрет, так как эти импульсы напряжения имеют знак минус. Поэтому в этом интервале времени на выходе однополупериодного вьтрямителя }1 отсутствует какой-либо сигнал Когда на выходе широтно-импульсного модулятора 8 отсутствуют прямоугольные- импульсы, тфе во время паузы t между соседними импульсами, сигнал напряжения с преобразователя- 7 проходит через цепь однополупериодного выпрямителя с коэффициентом К . Другими словами, на выходе однополупериодного вьтрямителя 11 во время t формируется последовательность од- нополярных прямоугольных импульсов, которые промодулированы по длительности и амплитуде, причем их длительность равна величине паузы t, между соседними выходными импульсами модулятора Во

С помощью фильтра 12 нижних частот, включенного на выходе выпрямителя 11, выделяется средняя составляющая (интеграл от прямоугольных импульсов) из указанного выходного сигнала по следующему алгоритму

-К.К,-К

Ьх

еь х

-- -К,.К,,.К„.(-Г) I

вых

(5)

это вьфаС учетом зависимости (4) жение имеет следующий вид:

Y:,-KvK,vK,,Ie,,,,-K,.K,,(K,-H,,,/

(6)

Таким образом, в выражении (3) составляющие сигнала имеют следующие зависимости

Y ос,

-K-,-K,yK,,-Ijji ;

V - V OC.KS «

K,-K,,(K,-I j,j,

Во всем диапазоне изменения выходного-сигнала (О 1 5|,|х IMOKC) на выходе постоянно действующей линейной отрицательной обратной связи формируется сигнал, равный

ос

К, I

ВЫ1С

(8)

При одновременной подаче сигналов отрицательной и положительной обратной связи на сумматор 6 на его выходе происходит формирование сигнала YOC обратной связи по следукяцему алгоритму

ос f (ос ) (, (Y

+ У ос.кв

).

ОС

(9)

0

5

5

С учетом зависимостей (6), (7) и (8) выражение (9) примет вид

ос бкж К 7 К,,-К,21 + К,-К„-К,(К,.1вигЛ- (10)

Если в этом выражении выполняется условие, при котором 1, то на выходе сумматора получим

Y, -К Kg К,К,,,(К,1внг) (Ч)

Выход сумматора связан с обмотками обратной связи преобразователя 5, формирукщего компенсационный сигнал.

Поэтому в соответствии с выражением (11) выходной сигнал преобразователя 5 обратной связи равен

,) 02)

Фо

KjKt

К

11 П (KT Ignx/

30

в свою очередь выходной информативный сигнал f преобразователя 2 равен

Ф К,

К.- дР

(13)

В результате работы устройства на принципе компенсац 1и магнитных потоков информативный сигнал Ф, практически уравновешивается сигналом фд обратной связи, Тде, Поэтому на участке изменения выходного сигнала от I

до . формируется

вых дующему алгоритму:

н выходной сигнал расходомера 1о,,после

50

55

45

I : (KjJLiip(.j)

ь,х к, , К,,К,,

Следовательно, устройство в диапазоне от нуля до начального значения IH имеет пропорциональную зависимость выходного сигнала от перепада давления в соответствии с выражением (2), что обеспечивает на этом участке 100%-ный коэффициент передачи отри- цательной обратной связи, которая гарантирует стабильность выходного сигнала устройства в целом и возможность проверки и настройки его нуля с высокой точностью в процессе эксплуатации.

На участке от 1„ до 1 согласно выражению (14) характер изменения выходного сигнала имеет уже корне- извлекающую зависимость от перепада давления, которая требуется для рас ходомера переменного перепада давления в комплекте с сужающим устройством, чтобы обеспечить линейньш по . расходу вьгходной сигнал. ,

В диапазоне малых сигналов устройство работает как дифманометр с 100%-ной отрицательной обратной связью. Благодаря этому обеспечивается высокая стабильность, а также врзмож- ность проверки и корректировки нулевого значения выходного сигнала р.ас-. ходомера. При увеличении измеряемого перепада давления на выходе усилительного устройства появляется элек- трический сигнал, рревышающий начальное значение опорного сигнала, поданного на пороговое устройство 9 от источника 10 опорного напряжения. При этом пороговое устройство срабатыва- ет и включает канал нелинейной положительной обратной связи, который при совместной работе с каналом отрицательной обратной связи реализует корнеизвлекающую функцию устрой- ства, что обеспечивает пропорциональность выходного электрического сигнала измеряемому расходу.

Формула изобретения

Дифманометрический расходомер с выходным сигналом постоянного тока, содержащий последовательно соединенные измерительный преобразователь разности давлений в перемещение, преобразователь перемещения в магнитный поток, блок сравнения и усилитель, рричем второй вход блока сравнения соединен с выходом преобразователя обратной связи, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения расхода, в него введены источник опорного напряжения пороговое устройство, сумматор, фильтр нижних частот, вьшрямитель, широтно-импульсный модулятор и преобразователь ток - напряжение, вход которого соединен с выходом усилителя, выход соединен с первьй входом сумматора и входом вьшрямителя непосредственно, а с управляющими вхдами выпрямителя - через щиротно-им- пульсный модулятор и пороговое устройство соответственно, выход вьтря- мителя через фильтр нижних частот и сумматор соединен с преобразователем обратной связи, второй вход порогового устройства соединен с выходом источника опорного напряжения.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дифманометрическим расходомерам, преобразующим переменный перепад давления на сужающем устройстве в пропорциональный расходу электрический входной сигнал. Цель изобретения - расширение диапазона измерения расхода. Расходомер содержит преобразователь 1 разности давлений в перемещение, преобразователь 2 перемещения в магнитный поток, блок 3 сравнения и усилитель 4. В цепь обратной связи включены преобразователь 5 обратной связи, сумматор 6, преобразователь 7 ток-напряжение, широтно-импульсный модулятор 8 и пороговое устройство 9. В состав устройства входят также выпрямитель 11, источник 10 опорного напряжения и фильтр 12 нижних частот. 1 ил.