ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР Советский патент 1996 года по МПК G01F1/60 

Изобретение относится к области измерения расхода жидкостей электромагнитным методом.

Цель изобретения увеличение точности измерения за счет исключения составляющих погрешности, вызванных составляющими остаточного сигнала нулевой и первой степени частоты.

На фиг. 1 приведена структурная схема расходомера; на фиг.2 временные диаграммы его работы.

Расходомер содержит последовательно соединенные управляемый по частоте генератор 1, усилитель 2, электромагнитный преобразователь 3 расхода и преобразователь 4 отношения сигналов. Кроме того, расходомер содержит блок 5 управления, вход которого соединен с выходом управляемого по частоте генератора 1, инвертор 6, вход которого соединен с выходом преобразователя 4 отношения сигналов, мультиплексоры 7, 8 и 9, управляющие входы которых соединены с выходом блока 5 управления и с управляющим входом управляемого по частоте генератора 1, фильтры 10 и 11 нижних частот, входы которых соединены соответственно с выходами мультиплексоров 7 и 8, а выходы соединены соответственно с первым и третьим входами мультиплексора 9, второй вход которого включен на землю, суммирующий усилитель 12, первый и второй входы которого включен на землю, суммирующий усилитель 12, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами фильтров 10 и 11 нижних частот, третий вход соединен с выходом мультиплексора 9, а четвертый вход с выходом преобразователя 4 отношения сигналов, с вторым входом мультиплексора 7 и с вторым входом мультиплексора 8, первый вход которого включен на землю, а второй вход соединен с выходом инвертора 6 и с первым входом мультиплексора 7, третий вход которого включен на землю, и отсчетное устройство 13, вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя 12. Блок 5 управления выполнен по правилам построения автоматов по заданным входным и выходным последовательностям.

Расходомер работает следующим образом.

Сигнал 14 с выхода генератора 1 через усилитель 2 поступает на обмотку возбуждения преобразователя 3 расхода, который вырабатывает сигнал, пропорциональный скорости движения жидкости, и сигнал, пропорциональный индукции магнитного поля преобразователя. Эти сигналы поступают на вход преобразователя 4 отношения, выходной сигнал которого имеет следующую структуру

где средневыпрямленное значение основного сигнала U₁(t)~(Q(t)/ω+a₁+a₂ωsinωt, т. е. сигнала, снимаемого с электродов преобразователя расхода;
средневыпрямленное значение опорного сигнала U₂(t)~1/ωsinωt, снимаемого либо пропорционально току питания преобразователя расхода, либо пропорционально напряжению питания с последующим интегрированием при помощи интегратора;
Q составляющая, пропорциональная скорости движения жидкости;
a₁ коэффициент, учитывающий влияние составляющей остаточного сигнала, не зависящей от частоты питания преобразователя расхода (наличие этой составляющей наиболее характерно для трансформаторной помехи);
a₂ коэффициент, учитывающий влияние составляющей остаточного сигнала, пропорциональной частоте питания преобразователя расхода (наличие этой составляющей наиболее характерно для емкостной помехи);
ω- частота питания преобразователя расхода.

Для исключения частотно-зависимых членов, вызывающих аддитивную погрешность, расход измеряется на трех различных частотах питания преобразователя расхода ω₁, ω₂, ω₃, причем коэффициенты отношения частот n=ω₂/ω₁ и m=ω₃/ω₁(m>n>1) фиксированы. Управление частотой осуществляет блок 5 управления при помощи циклической смены кода 15, поступающего с его выхода на вход управления частотой генератора 1. Периодическая смена кода 15 осуществляется путем подсчета фиксированного для каждой частоты количества периодов сигнала 14, поступающего с выхода генератора 1 на вход блока 5 управления. При этом сигнал на выходе преобразователя 4 отношения последовательно в соответствии с изменением частоты принимает значения

Эти выражения представляют собой неопределенную систему уравнений, так как в нее кроме неизвестных а₁ и а₂ входят значения расхода Q₁, Q₂ и Q₃, который в общем случае в связи с тем, что они соответствуют различным интервалам времени измерения, между собой не равны. Количество неизвестных в системе уменьшается путем определения усредненных разностей результатов соседних циклов измерения. При некоррелированности расхода с законом изменения частоты усредненные разности от расхода не зависят и определяются выражениями

Сигналы, пропорциональные этим усредненным разностям, вырабатываются на выходе фильтров 10 и 11 из сигналов 17 и 18, пропорциональных разностям результатов соседних циклов измерения, путем циклической подачи на входы фильтров 10 и 11 с выхода преобразователя 4 отношения прямого или инвертированного инвертором 6 сигнала 16, т.е. на частоте ω₁ на вход фильтра 10 через мультиплексор 7 поступает инвертированный сигнал 16, а вход фильтра 11 через мультиплексор 8 включен на землю. На частоте ω₂ на входы фильтров 10 и 11 через мультиплексоры 7 и 8 соответственно поступает прямой сигнал 16. На частоте ω₃ вход фильтра 10 через мультиплексор 7 включен на землю, а на вход фильтра 11 через мультиплексор 8 поступает инвертированный сигнал 16. Управление мультиплексорами 7 и 8 осуществляется при помощи кода 15, поступающего на их управляющие входы с выхода блока 5 управления. В результате циклического повторения этого алгоритма со временем на выходах фильтров 10 и 11 формируются сигналы, пропорциональные усредненным разностям соответственно. Система (3) относительно неизвестных а₁ и а₂ имеет единственное решение. Подстановка этого решения в выражение (2) позволяет найти действительные значения расхода в соответствии с выражением
Q A K•B
где вектор действительных значений расхода, измеренных на частотах ω₁, ω₂, ω₃ соответственно:
вектор результатов измерения на частотах ω₁, ω₂, ω₃ соответственно;
матрица отношения частот.

элементы матрицы отношения частот;
вектор усредненных разностей.

Сигнал, пропорциональный действительному значению расхода, формируется при помощи суммирующего усилителя 12 и мультиплексора 9 путем суммирования сигналов, поступающих с выходов преобразователя 4 отношения (сигнал 16), мультиплексора 9 (сигнал 19), фильтра 10 и фильтра 11, причем коэффициенты передачи суммирующего усилителя 12 для этих сигналов соответственно равны +1, +1, -K₁, -K₂.

Мультиплексор 9 изменяет коэффициенты передачи сигналов, поступающих с выходов фильтров 10 и 11 так, что на частоте ω₁ через мультиплексор 9 проходит сигнал с выхода фильтра 10, на частоте ω₂ соответствующий вход суммирующего усилителя 12 через мультиплексор 9 включен на землю, а на частоте ω₃ через мультиплексор 9 проходит сигнал с выхода фильтра 11, чем и осуществляется умножение матрицы отношения частот на вектор усредненных разностей. Управление мультиплексором 9 осуществляется при помощи кода 15, поступающего на его управляющий вход с выхода блока 5 управления. Сигнал с выхода суммирующего усилителя 12 поступает на вход отсчетного устройства 13, с которого считываются действительные значения расхода, т.е. значения расхода без составляющих погрешности, вызванных составляющими остаточного сигнала нулевой и первой степени частоты, чем и достигается цель изобретения.

Закон изменения частоты может отличаться от принятого на фиг.2 При этом для правильного получения усредненных разностей на выходах фильтров 10 и 11 время генерирования каждой частоты за период изменения частоты должно быть одинаково. Точность расходомера зависит только от точности отношения частот питания, а не от значений самих частот.

Расходомер корректирует аддитивную погрешность, возникающую при движущейся жидкости, причем коррекция осуществляется постоянно и автоматически без выключения расхода.

Изобретение относится к области измерения расхода жидкостей электромагнитным методом и позволяет повысить точность измерения за счет коррекции аддитивной погрешности, возникающей при движении жидкости через электромагнитный преобразователь расхода (ЭПР). Блок 5 управления последовательно во времени выставляет на своих выходах три различных кода, в соответствии с которыми изменяется частота на выходе управляемого по частоте генератора 1 и переключаются мультиплексоры 7...9. Сигнал с выхода генератора 1 усиливается усилителем 2 до величины, необходимой для питания ЭПР 3. Сигналы с выхода ЭПР поступают на входы преобразователя 4 отношений сигналов (ПО). Сигналы с выходов ПО 4, фильтров 10 и 11 нижних частот и с выхода мультиплексора 9 поступают на входы суммирующего усилителя 12, соединенного с отсчетным устройством 13. С выхода отсчетного устройства считываются оценки расхода. 2 ил.

Электромагнитный расходомер, содержащий последовательно соединенные управляемый по частоте генератор, усилитель и преобразователь расхода, отсчетное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены преобразователь отношения сигналов, подключенный к выходу преобразователя расхода, инвертор, блок управления, подключенный к выходу управляемого по частоте генератора, последовательно соединенные первый мультиплексор и первый фильтр нижних частот, второй мультиплексор и второй фильтр нижних частот, третий мультиплексор, суммирующий усилитель, подключенный выходом к отсчетному устройству, причем выходы блока управления подключены к адресным входам первого, второго и третьего мультиплексоров и управляющим входам управляемого по частоте генератора, выход преобразователя отношения сигналов подключен к первому входу суммирующего усилителя и первым входам первого и второго мультиплексоров непосредственно, а к вторым входам первого и второго мультиплексоров через инвертор, выход первого фильтра нижних частот подключен к первому входу третьего мультиплексора и первому инвертирующему входу суммирующего усилителя, выход второго фильтра нижних частот подключен к второму входу третьего мультиплексора и второму инвертирующему входу суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего мультиплексора, при этом третьи входы мультиплексоров соединены с общей шиной.