Способ измерения расхода электропроводящих сред и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01F1/56 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерению расхода электропроводящих сред кондукцио.чыми электромагнитными расходомерами, и может быть использовано в химической промышленности, атомной энергетике и научных исследованиях.

Цель изобретения - повышение точности .измерения.

Способ кондукционного электромагнит- ного измерения расхода электропроводящих сред заключается в следующем.

Измеряют сигнал от вихревых токов в контролируемой среде путем измерения напряжения на вихревых электродах преобразователя расхода. Одновременно формируют эталонное напряжение, например, на источнике стабильного постоянного напряжения. Амплитудное значение напряжения сигнала от вихревых токов сравнивают с эталонным напряжением на суммирующем усилителе. Усиленной разностью этих напряжений регулируют (изменяют) величину тока питания таким образом, чтобы данная разность стала равной нулю. Это осуществляется путем введения отрицательной обратной связи по амплитудному значению напряжения сигнала от вихревых электродов в усилительный тракт питания магнитной системы. В результате величина сигнала с вихревых электродов поддерживается постоянной, а следовательно, постоянной остается градуировочная характеристика расходомера. Таким образом, величина вихревого сигнала поддерживается постоянной. О величине расхода при этом судят по величине скоростного сигнала. В условиях высоких и изменяющихся

сь

Јь Ю

§

емператур измеряют сигнал температуры реобразователя температуры путем измеения напряжения термопары, установленной на канале, заполненном измеряемой редой. Масштабируют (т.е. изменяют) его

величину в К раз (К - j-rTTfV)на масш

табирующем усилителе, при этом температурное изменение характеристики ДО/СЬ преобразователя определяется либо экспериментальным пугем на расходомеркой установке, либо расчетным путем. Промасштабировакный сигнал сумми угт с эталонным напряжением, полученную сумму напряжений срзониваютс напряжением вихревых токов на суммирующем усилителе. Усиленным разностным сигналом регулируют (изменяют) ток питания магнитной системы преобразователя расхода таким образом, что разница между суммой масштабированного температурного сигнала с эталонным напряжением и напряжением оs вихревых токов поддерживается равной нулю,

Таким образом, изменяют градуиро- вочную характеристику расходомера на соответствие ее градуиросочной характеристике при. данной рабочей температуре,

На черте че изображена функциональная схема устройства для измерение расхода электропроводящих сред, которое реализует предлагаемый способ.

Устройство состоит из магнит ой мы 1 с катушками 2, в зазоре г.о горой распо- пожен измерительный канал 3 с основными электродам, 4 для снятия скоростчот сгг- нзла и дополнительными электродами 5 для снятия вихревого сигнала.

Катушки 2 магнитной системы 1 соединены с усилителем 6 меишости который, в свою очередь, соединен с выходом 7 цифрового геиерагоря 3 синусоидальных колебаний. Дополнительные злекгроды 5 измерительного канала 3 соединены с предварительным усилителем вихревого сигнала 9, выход которого соединен с входом 10 схемы 11 выборки и хранения аналогового сигнала (СВХ). Другой вход 12 СЕХ 11 соединен с выходом 3 цифрового генератора 8. Выход 14 схемы 11 выборки и хранения соединен с инвертирующим входов 15 суммирующего усилителя 16. Прямой вход 17 суммирующего усилителя 16 соединен с источником 18 стабильного напряжения. Выход предварительного усилителя 9 вихревого сигнала наряду с соединением с входом 10 СВХ 11 содинен тякже с клеимой 19 переключателя 20. Основные электродь1

4 соединены г предварительным усилителем 21 скоростною сигнала, выход которого соединен с клеммой 22 переключателя 20. Общая клемма 23 переключателя 20 соедиHei IB с входом Фазового детектора 24, выход которого через оегулятор 25 чувствительности соединен с индикатором 26,

В устройстве для условий высоких и изменяющихся температур датчик 27 темпе0 ратуры соединен с масштабирующим усилителем 28, выход которого соединен с прямым входом 29 суммирующего усилителя 16.

Способ измерения расхода электротро5 водящих сред осуществляют с помощью предлагаемого ус оойства следующим об- разог.

Расходомер в зависимое ги от положения переключателя 20 имеет два режима

0 работы: w ерениа и капибровка,

В режимь. измерения стабил-.ное напряжение источника 18 подается ча вход 17 суммирующего усилителя 16, усиливается и посыпает на управляющий вход цифрового

5 генератора синусоидальных колебаний.

Синусоидальное напряжение с выхода 7 поступает нч вход усилителя 8 мощности. который питает кгтушкы 2 агнитной системы I симуии льныи юком, В движущейся

0 измеряемой среде, заполняющей какая Г, и в самок канале, помещенном в переменное магнитное поле, возникай: г оихре ые гокм / точи, пропорцией впьныесу трэсто из.1.ряе- мсй среды. Вихревые и скоростные токи

5 взаимосвязаны, причем рялревые токи пропорциональны величл е v распределению магнитного поля и не зависят от скорости измеряемой среды, а скогпстные теки пропорциональны величмге, распределению

0 магнитного поля и скорости измеряемой среды.

Нэгряжеь -13 пропорциснапь - ° ivixpe- вым токаи, снимается с цополнигегьных электродов усиливс Стся усилителем 9 вих5 ревого си. si& и поступает на запоминающий вход 10 СВХ 11.

На вход управления 12 СВХ 11 подаются импульсы с выхода 13 цифрового генератора 8 в номенты прохождения

0 синусоидально-о нзпряжечия на входе 10 СВХ 11 через максимум. В результате не выходе 1-1 СВХ 1 будет присутстйсв ть постояннее напряжение, равное амплитудному значению усиленно-о вихревого сигнала.

Е Постоянное напряжение с выхода 14 СВХ 11 поступает на инверсный вхо/115 суммирующего усилителя 10, который является входом огоицатеяьной обоэтной связи.

Таким образом, в питачип ;окпм обл иток 2 с/агнити й , состо и.эй

/is мсточсика 18 постоянною напряжения, с ммруюпего усилителя 16, цифрового ге- гО;,, орз Ь смнусоидал - иого напряжения, с:п;;,теля 6 мощности ззедена отрицатель- обратная связь по усиленному вихрево- v.-j .-пгнапу, включающая предварительный усилитель 9 вихревого сигнала и СВХ 11.

Очевидны следующие соотношения для икгналсз. участвующих s работе устройст- иг , приведенного кз схеме

(Oq-KiUD0);(1)

Ui KgfUo KiUbo) йл;(2)

Uh Ю; Ui;(3)

Ub Ub0 ccswt,(4)

ГДЕ; K-; - коэффициент усиления усилителя г - гегого сигнал1 ;

1ч.з - коз Ьфииу.ект усиления суммирую- L Jbro усилителя;

-4 коэффициент усиления усилителя мощности;

Ji - напряжение на выходе цифрового : ерэторэ синусоидального напряжения; UD - напряжение на вихревых генератоL DO амплитудное значение напряже- вихревых электродах1 си- круговая остота генератора. и гс&лчя в (З1 рыражения (2) и (4), поKi Vt3КзК4

К

- + Кз К.(

1ри гл РОКОВОЙ обратной связи, т.е.

1 1,

(-. - , , - 1

tiiviaeM с. /лОстлточной точностью

Ki .(6)

изменение магнитного поля и -jro распределения, вызванного относитель- «:. канала и магнитной систе- .- Б у.лоплях повышенных и меняющихся 3 г °рзтуи, приводит к изменению тока об- , таким образом, что величина вихрево- ;г, с гчала остается постоянной,

Следовательно, так как скоростной и зихрззой сигналы взаимосвязаны, остается ,:-лзмеччой градуировочная характеристика расходомера.

Г корсетной сигнал, снимаемый с злектпо.поь 4, усиливается усилителем 21 и через

з.- ЛгОчятель 20 поступает на вход фазоOi.. доте сгэра 24. С фазового детектора

-т iq.,v ,ние, пропорциональное расходу,

иоез регулятор чувствительности индика, : лз 25 поступает на индикатор 26.

Кз индикаторе 26 регистрируется рас- хпи. О. пропорциональный подаваемому на 1 э о налу

UCKO С1с U0

где Qo - калибровочное число расходомера; UCKO - амплитудное з.-аиение напряже- 5 ния скоростного сигнала;

К2 коэффициент усиления усипителя скоростного сигнала.

В режим калибровки расходомер переводится переключателем 20. Пои этом замы- 10 каются контакты 19 и 23.

Под калибровочным числом расходомера для данной температуры измеряемой среды подразумевается постоянная величина, индуцируемая индикатором з режиме 5 калибровки, при которой расходомер в режим измерения измеряет расход в натуральных единицах (л/с, Г/с, кг/с). Калибровочные числа расходомера рассчитываются или определяются эксперимен- 0 тал-ьно на градуировочном стенде для ряда рабочих температур измеряемой среды.

Вихревой сигнал от усилителя 9 вихревого сигнала поступает н фазовый детектор 24 и через регулятор 25 чувствительности ин- 5 дикатора подается на индикатор 26, на котором и контролируется калибровочное число. В случае изменения температуры измеряемой среды при помощи регулятора 25 чувствительности устанавливается соответст- 0 вующее данной температуре калибровочное число на индикаторе 26.

Способ измерения расхода электропроводящих сред по п.2. формулы изобретения осуществляется следующим образом. . 5 В режиме измерения сигнал отдатчика 27 температуры поступает на масштабирующий усилитель 28. Усиленное напряжение от датчика 27 температуры суммируется о напряжением стабильного источника 18 на- 0 пряжения. Очевидны следующие соотношения для сигналов, участвующих в работе устройства:

U R3(Uo + KyT-KiU;(7)

Ui «3(U0+ KyT-KiUb0)(yt, (8) 5 где К - коэффициент усиления масштабирующего усилителя;

у- чувствительность термопары; Т - температура измеряемой среды; Ub K4Ui;(9)

0 Ub Ub0cosct.(10)

Подставляя в () выражения (8) и (10), получим

KlUbo При глубоковй отрицательной обратной связи (Ki 1; Кз К4 Недостаточной точностью Ki Ubo Do + К уТ, т.е. усиленное вихревое напряжение будет равно сумме эталонного напряжения с усиленным напря5

жением от термопары. Следовательно, гра дуировочная характеристика расходомера будет меняться линейно в зависимости от температуры.

Расчетом или на градуировочном стенде можно определить изменение калибровочного числа расходомера AQ Qi - Q0 для конечных температур рабочего диапазона Ti -и Т0. Полагая, что градуировочная характеристика в диапазоне темпьратур ДТ - Ti - То меняется линейно, калибровочное

число Q0(T) Qo 1 +

На индикаторе 26 регистрируется расход

Кт UCKOr r -s L

Q Uo + Ky(T To7Qo 1 f

+ ДО (Т-То) 1

ОГАТj

При коэффициенте усиления масштабирующего усилителя

U0 AQ

К расход

Q

yQoAT

К2 U

ско

Uo

Qo ,

регистрируемый расходомером во асем диапазоне температур А Т не зависит от температуры.

В режиме калибровки осуществляется контроль соответствия калибровочною числа на индикаторе 26 калибровочному числу расходомера, рассчитанному или определенному мз эксперимента для рабочей температуры измеряемой среды. В случае несоответствия калибровочное число восстанавливается при помоши регулятора 2S чувствительности индикатора.

Таким образом, предлагаемый способ измерения расхсда электропроводящих сред и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерения за счет исключения погрешностей, вызванных изменениями величины концевых эффектов а процессе эксплуатации; изменениями грздуировочной характеристики при изменении температуры; нелинейностью схем преобразования сигналов.

Формула из обретения

1. Способ измерения расхода электропроводящих сред, заключающийся в измерении напряжения, пропорционального скорости движения среды, и напряжения, пропорционального вихревым токам в среде, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, напряжение, пропорциональное вихревым токам в

среда, сравнивают с эталонным напряжением и разницу между ними поддерживают равной нулю путем регулирования токе питания магнитной системы преобразователя, а о расходе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения измеряемой среды.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точностм измерений в условиях высоких и изменяющихся температур, измеряют температуру среды, преобразуют ее в напряжение, суммируют его с эталонным напряжением и сравнивают с напряжением, пропорциональным вихревымтока.м в среде, а разницу напряжений поддерживают равной нулю путам регулирования тока питания магнитной систамы, при этом коэффициент преобразования К удовлетворяет соотношению

K-AQ/Q Uo/yAT

где AQ/0 -- изменение грздуировочной характеристики е диапазоне рабочих температур;

Uo - эталонное напряжение;

А Т - диапазон рабочих температур; у- чувствительность измеоителя температуры.

3.Устройство для измерений расхода электропроводящих сред, содержащее измерительный кзнал с установленными на нем основными и дополнительными зл&кт- родзми, магнитрую систему с катушками, подключенными к выходу усилителя мощности, входом подключенного к генератору, предварительные усилители соответственно скоростных и вихревых сигналов, подключенные к основным и дополнительным электродам, переключатель, фазовый , регулятор чувствительности и индика- , обличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в не о введены источник стабильного напряжения, суммирую 1й усилитель и схема выборки и

хранения, генератор выполнен цифровым, причем выход предварительного усилителя скоростного сигнала подключен к первому входу переключателя, второй вход которого соединен с выходом предварительногоуси0 лителя вихревого сигнала и входом схемы выборки-хранения, второй вход которой сс- единр - с вторым выходом генератора, а выход . подключен к инверсному входу суммирующего усилителя, прямой пход

5 которого подключен к выходу источника стабильного напряжения, выход переключателя через последовательно соединенные фазовый детектор и регулятор чувствительности подключен к индикатору.

4. Устройство по п.З, отличающееся т ем, что, с целью повышения точности измерений в условиях высоких и изменяющихся температур, в него введены датчик температуры, установленный в измерительном канале, масш габиоующЕ- й усилитель, входом подключенный к дэтчиху температуры, а выходом - к второму прямому входу суммирующего усилителя.

Изобретение относится к приборостро- нию, в частности к расходометрии, и позволяет повысить точность измерения расхода электропроводящих сред. В процессе измерения расхода среды измеряют напряжение, пропорциональное вихревым токам в среде, и напряжение, пропорциональное скорости движения среды. Напряжение, пропорциональное вихревым токам в среде, сравнивают с эталонным напряжением и разность между ними поддерживают равной нулю путем регулирования тока питания магнитной системы преобразователя. О расходе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения измеряемой среды. 1 ил.