Расходомер Советский патент 1992 года по МПК G01F1/00 

ы

vj О

ч|

СЛ СП

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода жидкостей с исполь зованием эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен расходомер, содержащий трубопровод, магниты поляризатора, магниты анализатора, катушку отметки, соединенную с генератором импульсов отметки, катушку регистрации, подключенную к спиновому детектору, блок формирования интервалов времени, входы которого подключены к генератору импульсов отмет .и и спиновому детектору, а выход соединен с входом преобразователя длительности импульсов в напряжение, функциональный преобразователь напряжение-частота, соединенный с входом частотомера. Расход жидкости определяется по времени прохождения меткой фиксировч..ного расстояния между катушкой отметки и катушкой регистрации; при этом длительность измеряемого интервала времени обратно пропорционально расходу 1.

Недостатком известного расходомера является низкая точность при измерении меняющихся расходов, в частности расхода топлива автомобильных двигателей: слож ный характер изменения расхода приводит к появлению значительных погрешностей из-за неоптимального усреднения показ ний прибора.

Известен также расходомер, содерж- щий магнитные системы поляризатора / анализатора, трубопровод, размещенный в воздушных зазорах магнитных сметем, катушку отметчика, соединенную с генератором импульсов отметки, катушки регистрации, подключенную к схемам обработки и регистрации сигнала ЯМР. Информацию о расходе в этом расходомере несет частота постановки меточ в потоке топлива 2.

Недостатком этого расходомера явля-- ются низкие точность и быстродействие при измерениях расхода топлива двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств, обусловленные недостаточно эффективной фильтрацией сигнала, несущего информацию о расходе. Гидравлические удары, периодические пульсации расхода из-за работы подкачивающего насоса, резкие изменения величины расхода топлива, связанные с особенностями движения транспортного средства, а также наличие паровоздушных пузырей в потоке топлива приводит к неравномерному движению метки вдоль мерного участка и, следовательно, к погрешностям измерения расхода.

Кроме того, с ростом расхода наблюдается увеличение случайных погрешностей,

обусловленных быстрым прохождением жидкости через поляризатор и соответствующим снижением ее намагниченности. Поэтому в области больших расходов

требуется дополнительное усреднение результатов измерений.

Однако фильтрация информационного сигнала и связанная с ней временная задержка ухудшает быстродействие расходоме0 ра, что приводит к наличию динамических

погрешностей в случае резких изменений

величины расхода или перемещения вдоль

мерного участка паровоздушных пузырей.

Целью изобретения является повыше5 ние точности измерения и быстродействия. На фиг, 1 показана структурная схема расходомера; на фиг. 2 - приведены временные диаграммы, характеризующие его работу; а) зависимость расхода О в системе

0 топливоподачи двигатепя от времени; б) зависимость от времени постоянной времени управляемого фильтра: в) зависимость регистрируемого прибором расхода от времени; на фиг. 3 приведена электрическая схема

5 управляемого фильтра.

Расходомер содержит трубопровод 1, магниты поляризатора 2, магниты анализатора 3, катушку отметки 4, соединенную с генератором импульсов отметки 5, катушку

0 регистрации 6, подключенную к спиновому детектору 7, блок формирования интервалов времени 8, пресбразс затель длительности импульсов в напряжение 9, управляемый фильтр 10, преобразователе

5 напряжение-частота 11, блок регистрации 12 и блок контроля и управления 13. Входы блока формирования интервалов времени 8 подключены к генератору импульсов отметки 5 и спиновому детектору 7, а выход сое0 динен со входом преобразователя длительности импульсов в напряжение 9. Выход препбс зов:геля длительности импульсов в напряжение 9 подключен ко входу блока контроля и .правления 13 и о входу

5 управляемого фильгра 10,

Первый и второй выходы блока контроля и управления 13 соединены, соответственно, с первым и вторым входами управления управляемого фильтра 10. Вы0 ход управляемого фильтра 10 подключен ко входу преобразователя напряжение-частота 11, выход которого соединен со входом блока регистрации 12.

Расходомер работает следующим обра5 зом.

Измеряемое топливо пропускается по трубопроводу 1. В постоянном поле магнитов поляризатора 2 оно намагничивается и поступает затем в катушку отметки 4, где

происходит периодическая отметка жидко

сти инверсией ядерной намагниченности. Чередующиеся равные участки отмеченного и неотмеченного топлива проходят через катушку регистрации 6, соединенную со спиновым детектором 7. Напряжение на выходе спинового детектора 7, пропорциональное величине намагниченности в катушке регистрации изменяется импульсным образом. Блок формирования интервалов времени 8 сравнивает по фазе импульсные сигналы с выходов генератора импульсов отметки 5 и спинового детектора 7 и формирует на своем выходе последовательность импульсов, длительность которых равна времени перемещения метки вдоль мерного участка.

Преобразование длительности импульса в цифровую форму, численно равную расходу топлива, осуществляется следующим образом. Сначала длительность импульса преобразуется в напряжение с помощью блока 9, затем осуществляется фильтрация этого напряжения управляемым фильтром 10. Напряжение U с выхода управляемого фильтра 10 по закону 1/U преобразуется блоком 11 в частоту, которая измеряется с помощью блока регистрации 12.

Блок контроля и управления 13 в зависимости от величин расхода жидкости, скорости и амплитуды его изменения, вырабатывает на своих выходах сигналы управления, поступающие на соответствующие входы управления управляемого фильтра 10. По этим сигналам устанавливается постоянная времени управляемого фильтра, характеризующая степень усреднения (сглаживания) пульсирующего напряжения с выхода преобразователя 9. Преобладающим является воздействие входа управления по амплитуде и скорости изменения расхода.

Зависимость расхода в системе топли- воподачи двигателя от времени представляет собой кривую сложного вида с характерными высокочастотными и низкочастотными пульсациями (фиг. 2а). Резкие и большие по амплитуде изменения расхода приводят к скачкам напряжения на выходе преобразователя 9. При превышении амплитудой и скоростью изменения напряжения пороговой величины на первом выходе блока контроля и управления 13 формируется такой управляющий сигнал, чтобы постоянная времени управляемого фильтра 10 была невелика - в этом случае показания расходомера быстро следят за изменениями расхода (фиг. 26, 2в). При отсутствии быстрых и значительных изменений расхода, т.е. когда последний неизменен или медленно меняется блок контроля и управления

13 формирует такой управляющий сигнал. чтобы постоянная времени управляемого фильтра 10 была велика, напряжение на его выходе сглаживалось и производилось точ- 5 ное измерение расхода (фиг. 26, 2в).

Таким образом, в расходомере осуществляется избирательное усреднение напряжения, несущего информацию о расходе, при этом в моменты значительных скачков 10 расхода топлива устраняются динамические погрешности, т.е. погрешности запаздывания показаний прибора за расходом, а в моменты установившегося движения топлива уменьшаются случайные погрешности, 15 определяемые разбросом показаний расходомера.

В качестве блока контроля и управления 13 могут служить последовательно соединенные функциональный преобразователь 0 14, дифференцирующая цепь 15, блок определения модуля 16, пиковый детектор 17 и первый компаратор 18, а также второй компаратор 19. Второй вход первого компаратора 18 подключен к шине опорного 5 напряжения, а его выход соединен с первым выходом блока контроля и управления 13. Выход второго компаратора 19 соединен с вторым выходом блока контроля и управления 13, вход которого соединен г. входом 0 функционального преобразователя 14, подключенного выходом к входу второго компаратора 19, Второй йход второго компаратора 19 соединен с шиной опорного напряжения.

5 Блок контроля и управления 13 работает следующим образом.

Функциональный преобразователь 14 служит для преобразования входного напряжения, пропорционального времени 0 перемещения метки в напряжение, пропорциональное расходу (здесь осуществляется преобразование вида 1/UBx).

Амплитуда напряжения на выходе дифференцирующей цепи 15 пропорциональна 5 амплитуде и скорости изменения расхода.

Полярность напряжения на выходе дифференцирующей цепи 15 определяется направлением изменения расхода жидкости, поэтому для получения однополярного сиг- 0 нала используется блок определения модуля 15.

Напряжение с выхода блока 16 заряжается пиковый детектор. Если изменение расхода достаточно большое и резкое, то 5 напряжение на входе первого компаратора 18 превысить пороговое и на его выходе сформируется импульс управления с длительностью, пропорциональной амплитуде входного напряжения (от величины ампли- туды входного напряжения зависит время

разряда емкости пикового детектора 17). Подобный режим адаптивного управления с изменяющейся длительностью управляющего импульса обеспечивает оптимальную переходную характеристику расходомер.

Второй компаратор 19 сравнивает выходное напряжение блока 14 (оно пропорционально величине расхода) с порогом и формирует на своем выходе сигнал управления, обеспечивающий увеличенную постоянную времени фильтрации управляемого фильтра на больших расходах.

По сравнению с известными предложенный расходомер обладает следующими преимуществами.

1.Большая устойчивость системы регистрации к сбоям показаний, вызываемым прохождением крупных паровоздушных пузырей через мерный участок, гидравлическими ударами в потоке жидкости и т.д.

2.Повышение точности измерения и быстродействия при измерении расходов топлива двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств.

Формула изобретения Расходомер, содержащий трубопровод, магниты поляризатора и анализатора, охватывающие трубопровод, катушку отметки, установленную на трубопроводе и подключенную к генератору импульсов отметки, катушку регистрации, установленную на трубопроводе и подключенную к спиновому детектору, блок формирования интервалов

времени, подключенный входами соответственно к выходам генератора импульсов отметки и спинового детектора, и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены последовательно соединенные преобразователь длительности импульсов в напряжение, подключенный к выходу блока формирования интервалов времени, управляемый фильтр и преобразователь напряжение-частота, подключенный выходом к блоку регистрации, последовательно соединенные функциональный преобразователь, дифференцирующую цепь, блок определения модуля, пиковый детектор и первый компаратор, вторым входом подключенный к шине опорного напряжения, а выходом соединенный с первым входом управляемого фильтра, а также второй компаратор, соединенный выходом с вторым входом управляемого фильтра, а вторым входом подключенный к шине опорного напряжения, при этом выход преобразователя длительности импульсов в напряжение соединен с входом функцио0 нального преобразователя

Использование: измерение расходов жидкостей методом ядерного магнитного резонанса. Сущность изобретения: устройство содержит1 1 трубопровод (1), 1 пару магнитов поляризатора (2), 1 пару магнитов анализатора (3), 1 катушку отметки (4). 1 генератор импульсов отметки (5), 1 катушку регистрации (6), 1 спиновой детектор (7), 1 блок формирования интервалов времени (8), 1 преобразователь длительности импульса в напряжение (9), 1 управляемый фильтр

К Bate.

KOH/JAf. f .

&

К в MX;; ЛЗ

KOHflAff dH

YV Ш/С

4Stop Ґif

Фиг. 3

/С

45

.

W Г f.f

Ф Ј-

I