ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА Советский патент 1995 года по МПК G01F1/58 

Изобретение относится к расходометрии и может быть использовано в системах контроля и регулирования расхода электропроводных жидкостей.

Цель изобретения повышение точности преобразования расхода.

На фиг. 1 приведена структурная схема электромагнитного преобразователя расхода (ЭПР); на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы ЭПР.

ЭПР (фиг. 1) содержит первичный преобразователь 1, включающий в себя индуктор 2 и электроды 3, 4. Индуктор 2 через резистор 5 подключен к выходу источника 6 питания индуктора. Электроды 3 и 4 подключены к входу первого усилителя 7, а резистор 5 к входу второго усилителя 8. К входу первого интегратора 9 подключены выходы ключей 10, 11. 12. Входы ключей 10, 11, 12 подключены, соответственно, к выходам усилителя 7, источника 13 положительного эталонного напряжения и источника 14 отрицательного эталонного напряжения.

Выход усилителя 8 подключен к входу ключа 15. Выход ключа 15 соединен с выходами ключей 16, 17 и входом интегратора 18, а выходы ключей 16, 17 соединены соответственно с выходами источников 13, 14 положительного эталонного и отрицательного эталонного напряжений. Выходы первого 9 и второго 18 интеграторов подключены к входам соответственно первого 19 и второго 20 компараторов, выходы компараторов 19 и 20 соединены с входами I и III блока 21 управления. Выходы I, II, III, IV, V, VI блока 21 управления соединены с входами управления соответственно ключей 10, 15, 11, 16, 12, 17, выходы VII и VIII с входами I, II источника питания индуктора 6, выходы IX и X с входами обнуления первого 9 и второго 18 интеграторов, вход II блока управления с выходом генератора опорной частоты 22, выход XI с входом разрешения счета счетчика 23, счетный вход которого подключен к выходу генератора 22 опорной частоты.

ЭПР работает следующим образом.

Блок 21 управления выдает по выходам VII, VIII тактирующие импульсы с частотой, кратной частоте питающей сети, поступающие на первый и второй входы блока 6 питания индуктора, временная диаграмма тактирующих импульсов U_ти приведена на фиг. 2(см. диаграммы U_VII и U_VIII). Блок 6 питания индуктора формирует соответствии с тактирующими импульсами симметричные двуполярные импульсы, разделенные нулевыми промежутками, которые через резистор 5 подаются на индуктор 2 первичного преобразователя 1. Временная диаграмма импульсов питания индуктора U_пи приведена на фиг. 2. Аналогичную форму имеет сигнал U_изм с электродов 3, 4 и с резистора R5.

В течение интервала времени t₁, кратного периоду питающей сети, получаемого с помощью генератора 22 и блока 21 управления, вход второго интегратора 18 подключен, например, к источнику 13 положительного эталонного напряжения через ключ 16, управляемый сигналом с выхода IV.

Сигнал, снимаемый с резистора 5 и возникающий при прохождении тока возбуждения через индуктор 2, усиливается вторым усилителем 8 и через ключ 15, управляемый сигналом с выхода II, поступает на вход второго интегратора 18 в течение времени t₂. Интервал времени отсчитывается от момента окончания интервала t₁ до момента срабатывания второго компаратора 20 при переходе выходного напряжения интегратора 19 через нуль. Величина интервала времени t₂, которая зависит от тока, протекающего через резистор 5, должна быть кратной пеpиоду сетевого напряжения. В частном случае интервал t₂ может быть установлен равным интервалу t₁.

В течение интервала времени t₂ измерительный сигнал с электродов 3, 4 через ключ 10, управляемый сигналом с выхода I блока 21 управления, подается на вход первого интегратора 9. По окончании интервала t₂ к входу интегратора 9 подключается источник 13 положительного эталонного напряжения через ключ 11, управляемый сигналом с выхода III блока 21 управления. Этот сигнал остается подключенным к входу интегратора 9 в течение интервала времени t₃ до момента перехода через нуль выходного напряжения интегратора 9 и срабатывания компаратора 19. Временной интервал t₃ определяется величиной измерительного сигнала с электродов 3, 4 характеризующего величину расхода.

В течение интервала t₃ с выхода XI блока 21 управления на вход разрешения счета счетчика 23 поступают импульсы и счетчик подсчитывает число импульсов с выхода генератора 22.

Аналогично устройство работает при противоположной полярности сигнала возбуждения индуктора. Таким образом, в счетчике записывается суммарное число, характеризующее величину и измерительного сигнала при положительной и отрицательной полярности сигнала индуктора.

Соотношение между эталонным напряжением и опорным сигналом при использовании метода двойного интегрирования на втором интеграторе 18 имеет вид
U_эт= t₁=U_on˙t₂,(1) где U_эт напряжение на выходе источника эталонного напряжения (положительное U_эт⁽⁺⁾ или отрицательное U_эт^(-);
U_оп напряжение на выходе усилителя 8.

Для первого интегратора 9 соотношение между измерительным сигналом и эталонным напряжением
U_изм˙t₂=U_эт˙t₃, (2) где U_изм напряжение на выходе первого усилителя 7.

Исключая t₂ из уравнений (1) и (2) (из-за одновременности интегрирования), получим:
(3)
Используя высокостабильный источник эталонного напряжения, получим соотношение:
(4)
Число импульсов, поступающих за время t₃ на счетный вход счетчика 23,
N_з= t₃ ˙f, где f частота следования импульсов.

Тогда соотношение (4) примет вид:
N₃= t₁·f (5)
Число импульсов за один период изменения тока питания индуктора 2 будет определяться из выражения
N_Σ3= N(3

Таким образом, из выражения (6) следует, что на число импульсов N_Σз, характеризующее расход, не оказывают влияние ни постоянные времени интеграторов, ни их выходные напряжения, что обеспечивает повышение точности преобразования расхода.

Изобретение относится к расходометрии и позволяет повысить точность электромагнитного преобразования расхода. Блок управления формирует управляющие сигналы с частотой, кратной частоте питающей сети. Блок питания индуктора в соответствии с управляющими сигналами формирует симметричные двухполярные импульсы, разделенные нулевыми промежутками, которые через резистор поступают на индуктор первичного преобразователя. В счетчике накапливается суммарное число, характеризующее величину измерительного сигнала при положительной и отрицательной полярности питания индуктора. При этом время заряда первого интегратора в такте измерения сигнала с электродов первичного преобразователя определяется временем разряда второго интегратора в такте измерения опорного напряжения. Результат преобразования пропорционален измеряемому расходу и не зависит от постоянных времени интеграторов. 2 ил.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА, содержащий первичный преобразователь, индуктор которого через резистор подключен к выходу источника питания индуктора, а электроды к входу первого усилителя, подключенного через последовательно соединенные первый ключ, первый интегратор и компаратор к первому входу блока управления, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, седьмой и восьмой выходы подключены к управляющим входам источника питания индуктора, девятый и десятый выходы подключены соответственно к входам обнуления первого и второго интеграторов, второй усилитель, входом подключенный параллельно резистору, а выходом через второй ключ к входу второго интегратора, генератор опорной частоты, подключенный выходом к второму входу блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены источник положительного эталонного напряжения, подключенный выходом через третий и четвертый ключи к входам первого и второго интеграторов, соответственно, источник отрицательного эталонного напряжения, подключенный выходом через пятый и шестой ключи к входам первого и второго интеграторов соответственно, второй компаратор, подключенный входом к выходу второго интегратора, и счетчик, счетным входом подключенный к выходу генератора опорной частоты, а входом разрешения счета к одиннадцатому выходу блока управления, к третьему входу которого подключен выход второго компаратора.