Электромагнитный преобразователь расхода Советский патент 1992 года по МПК G01F1/66 

х| СО

Изобретение относится к приборостроению, в частности к электромагнитным преобразователям расхода жидкостей, и может быть использовано в системах контроля и регулирования расхода электромагнитных жидкостей в промышленных технологических процессах, в системах учета расхода воды в коммунальном хозяйстве и т.п.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Электромагнитный преобразователь расхода (фиг,1) содержит первичный преобразователь 1, включающий в себя индуктор 2 и электроды 3 и 4. Индуктор 2 через резистор 5 подключен к выходу источника 6 питания индуктора. Электроды 3 и 4 подключены к входу усилителя 7, а резистор 5 - к входу усилителя 8. К входу интегратора 9 подключены выходы ключей 10-13. Входы ключей 10 и 13 подключены, соответственно, к выходам усилителей 7,8, а входы ключей 11,12 соответственно к выходам источника 14 положительного эталонного напряжения и источника 15 отрицательного эталонного напряжения. К выходу интегратора 9 подключен вход компаратора 16, выход которого подключен к информационному входу блока 17 управления. Первый, второй, третий и четвертый выходы блока 17 управления подключены соответственно к управляющим входам ключей 10,13,11 и 12, а пятый и шестой выходы - к первому и второму входам источника 6 питания индуктора. Устройство содер т также генератор 16 опорной частоты, первый вход которого подключен к счетному входу счетчика 19 импульсов, а второй выход - к счётным входам программируемого делителя 20 частоты и программируемого одновибратора 21. Информационный выход счетчика 19 импульсов подключен к информационным входам программируемого делителя 20 и программируемого одновибратора 21, а информационный выход программируемого делителя 20 - к входу запуска программирую емого одновибратора 21, Седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы блока 17 управления подключены соответственно к входу начальной установки и входу разрешения счета счетчика 19 импульсов, входу перезаписи программируемого делителя 20 и входу перезаписи программируемого одновибратора 21. Выход программируемого одновибратора 21 соединен с входом стабилизатора 22 амплитуды импульсов, выход

которого соединен с входом фильтра 23 нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

Блок 17 управления выдает по выходам

V и VI тактирующие импульсы с частотой, кратной частоте питающей сети, поступающие на первый и второй входы блока 6 питания индуктора, временная диаграмма

тактирующих импульсов (U™) приведена на фиг.2а. Блок 6 питания индуктора формирует в соответствии с тактирующими импульсами симметричные двуполярные импульсы, подаваемые через резистор 5 на

индуктор 2 первичного преобразователя 1. Временная диаграмма импульсов питания индуктора (ипи) приведена на фиг.2б.

Сигнал с электродов 3 и 4 первичного преобразователя 1, возникающий при прохождении тока возбуждения через индуктор 2, усиливается усилителем 6 и через ключ 10, управляемый с выхода 1 блока 17 управления, подается в цикле измерения выходного сигнала на вход интегратора 9. Сигнал с

резистора 5, пропорциональный току возбуждения, усиливается усилителем 8 и через ключ 13, управляемый с выхода 11 блока 17 управления, подается на вход интегратора 9 в цикле измерения опорного сигнала, Сигналы управления ключами 10 и 13 формируются таким образом, что сначала на вход интегратора 9 подается усиленный сигнал с электродов 3 и 4 при положительной и отрицательной полярностях тока возбуждения

индуктора, а затем усиленный сигнал с резистора 5, также при двух полярностях тока возбуждения, ключи 10 и 13 находятся в замкнутом состоянии в течение интервала времени, кратного частоте питающей сети,

в котором ток в индукторе достигает установившегося значения. Временные диаграммы сигналов управления ключами 10 и 13 (Ui, Un) приведены на фиг.2в и г.

В цикле измерения сигнала с электроДОР, когда ключ 10 находится в замкнутом положении, происходит заряд конденсатора интегратора 9 сигналом, пропорциональным сигналу с электродов. По окончании заряда ключ 10 размыкается и замыкается

ключ 11 или 12, подключающий на вход интегратора 9 разрядное напряжение соответственно с источника 14 положительного эталонного напряжения либо с источника 15 отрицательного эталонного напряжения в

зависимости от полярности импульса питания индуктора. Ключи 11 и 12 управляются с выходов III и IV блока 17 управления соответственно. Временные диаграммы сигналов управления ключами 11 и 12 (Uui, Uiv)

приведены на фиг.2д и е соответственно.

Одновременно с подключением разрядного напряжения на вход разрешения счета счетчика 19 импульсов с выхода VIII блока 17 управления подается сигнал разрешения счета и начинается счет им- пульсов, поступающих на счетный вход с первого выхода генератора 18 опорной частоты. В момент прохождения напряжения на интеграторе 9 через нуль срабатывает компаратор 16 и прохождение импульсов опорной частоты на счетчик 19 импульсов запрещается. Временные диаграммы сигналов на выходах интегратора 9 (1)и) и компаратора 16 (UK) приведены на фиг.2ж и з.

Число импульсов, зафиксированное в счетчике 19 импульсов за время разряда при измерении сигнала при одной полярности импульса питания индуктора, сохраняется в счетчике 19 и суммируется с числом импульсов, поступивших на счетчик 10 при разряде конденсатора интегратора 9 при другой полярности импульса питания индуктора. Затем содержимое счетчика 19 импульсовпереписываетсяпоинформационному входу в программируе- ,:ыйодновибратор21 сигналов перезаписи, соступающим на вход перезаписи програм- -оургого одновибратора 21 с выхода X -.и 17 управления, иоыо перезаписи производится начальная установка счетчи- ка 19 по входу начальной установки с выхода VII блока 17 управления. Аналогичным -Г пазом происходит преобразование сиг- . ала с резистора 5 в цикле измерения опор- иок сигнала при зам кзнии ключа 13, при ом суммарное .сяс i/япульсов, зафиксированное в счетчике 19 при разряде конден- „агора интегратора 9 при положительной и отрицательной полярностях импульсов питания индуктора, переписывается по ин- формационному входу в программируемый делитель 20 сигналов перезаписи, поступающим на вход перезаписи программируемого делителя 20 с выхода IX блока 17 управления. Временные диаграммы сигна- ла разрешения счета, сигналов перезаписи и сигнала начальной установки на выходах VIII, X, IX, VII блока 17 управления приведены на фиг.2м. и, к, л соответственно.

Суммарное число импульсов NI, зафик- сированное в счетчике 19 в цикле измерения сигнала с электродов при обеих полярностях импульсов питания индуктора, определяется следующей формулой:

иЈ+и«

иэт

где Ти - длительность интегрирования;

FI - частота счетных импульсов на первом выходе генератора опорной частоты 18;

UBX+ и ивх - сигнал с электродов при положительной и отрицательной полярностях импульса питания индуктора;

Уэт - эталонное напряжение.

Аналогично определяется суммарное число 2 при измерении опорного сигнала

Fi

U + UOT

U:

эт

где Uon+, Uon - опорный сигнал при положительной и отрицательной полярностях импульса питания индуктора.

На счетный вход программируемого делителя 20 непрерывно поступают счетные импульсы с второго выхода генератора 18 опорной частоты, считывающие переписанную информацию до нуля. Поэтому на выходе программируемого делителя 20 формируется последовательность импульсов, период следования которых пропорционаленопорномусигналу. Последовательность импульсов с выхода программируемого делителя 20 подается на вход запуска программируемого одновибратора 21, на счетный вход которого также подаются импульсы со второго выхода генератора 18 опорной частоты, считывающие записанную информацию до нуля. Таким образом, на информационном выходе программируемого одновибратора 21 формируется широтно-импульсный сигнал период следования которого пропорционален ситалу с опорного резистора 5, а длительность - сигналу с электродов 3 и 4,

Период следования широтно-импульсно- го сигнала Т и длительность определяются, соответственно, следующими формулами:

T N2

15 20 25 25 30 35 40

45

5

где F2 - частота счетных импульсов на втором выходе генератора опорной частоты 18. Широтно-импульсный сигнал с информационного выхода программируемого одновибратора 21 подается на вход стабилизатора 22 амплитуды импульсов, с выхода которого стабилизированный по амплитуде широтно-импульсный сигнал поступает на фильтра 23 нижних частот, который преобразует этот сигнал в выходной аналоговый сигнал (напряжение или ток).

Формула преобразования широтно-им- пульсного сигнала в случае преобразования в напряжение Увых имеет вид

UBWX - UCT Y UCT -

UBt+U

BX

Uon b Uon

где UCT - напряжение стабилизации.

В данном устройстве повышается точность преобразования расхода, так как выходной аналоговый сигнал, как следует из выражения (1), не зависит от постоянной времени интегратора, что исключает влияние нестабильности интегрирующей цепи на точность измерения.

Формула изобретения Электромагнитный преобразователь расхода, содержащий первичный преобразователь, индуктор которого через резистор подключен к выходу источника питания индуктора, а электроды - к входу первого уси- лителя, выходом подключенного через последовательно соединенные первый ключ, интегратор и компаратор к информационному входу блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого ключей, пятый и шестой выходы подключены соответственно к первому и второму управляющим входам источника питания индуктора, а седьмой и восьмой выходы соответственно к входу начальной установки и входу разрешения счета счетчика импульсов, счетным входом подключенного к первому выходу генератора опорной частоты, второй усилитель, входом подключенный к резистору, а выходом - к входу

второго ключа, источник положительного эталонного напряжения, подключенный выходом к входу третьего ключа, источник отрицательного эталонного напряжения,- подключенный выходом к входу четвертого

ключа, отл ичающийс ятем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены программируемый делитель частоты, программируемый одновибратор, последовательно соединенные стабилизатор амплитуды импульсов и фильтр нижних частот, причем выходы второго, третьего и четвертого ключей объединены и подключены к входу интегратора, счетные ПУ чы программируемого делителя частоты и

программируемого одновибратора подключены к второму выходу генератора опорной частоты, входы перезаписи соответственно - к девятому и десятому выходам блока управления, а информационные входы подключены к информационному входу счетчика импульсов, вход запуска программируемого одновибратора подключен к выходу программируемого делителя частоты, а выход - к входу стабилизатора амплитуды

импульсов.

V

UK

V. v .

III I I I I I

V. v . V

I I I I