РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТЕЙ ИЛИ ГАЗОВ Советский патент 1995 года по МПК G01F1/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода различных сред в трубопроводах из немагнитных материалов.

Известен расходомер поплавкового типа, содержащий вертикальную мерную трубку, в которую помещен поплавок по меньшей мере с двумя стержневыми магнитами, установленный вдоль центральной оси мерной трубки, стрелочный указатель, на котором размещен по меньшей мере один стержневой магнит, продольная ось которого перпендикулярна оси вращения указателя и оси мерной трубки; причем его полюс противоположной полярности, вплотную прилегающий к одноименным полюсам стержневых магнитов, расположен вблизи них, а длина стержневого магнита-указателя выбрана такой, что оба его полюса S, N располагаются один от другого на расстоянии, при котором магнитное поле его обладает радиальной симметрией в области вплотную прилегающих одноименных полюсов стержневых магнитов поплавка [1]
Недостаток расходомера, во-первых, высокая чувствительность к перепадам температуры среды, протекающей по мерной трубке, следовательно, низкая точность измерений; во-вторых, конструктивные трудности размещения и создания магнитных взаимодействий внутри и снаружи мерной трубки между магнитными элементами расходомера.

Наиболее близким по технической сущности является ротаметр с поплавком, подвышенным в магнитном поле, содержащем поплавок, свободно взвешенный внутри цилиндрической трубки из немагнитного материала, находящийся в аксиально расходящемся магнитном поле соленоида, дифференциально-трансформаторный преобразователь, содержащий две секции первичной обмотки, соединенные последовательно и намотанные согласно двум секциям вторичной обмотки, соединенным встречно, причем поплавок выполнен из ферромагнитного материала, а выемная поверхность цилиндрической трубки образована вращением гиперболы и разделена на две секции перегородкой, размещенной по оси гиперболы, в этих секциях равномерно расположены обмотки соленоида, а также обмотки дифференциально-трансформаторного преобразователя, вторичная обмотка которого через усилитель подсоединена к его первичной обмотке и через выпрямитель к обмотке соленоида, к выходу усилителя подсоединен измеритель тока [2]
Недостатки устройства определяются следующим: во-первых, ограниченным применением ротаметра только средними, исключающими коррозию ферромагнитного поплавка; во-вторых, конструктивной сложностью изготовления равномерно распределенных обмоток соленоида и дифференциально-трансформаторного преобразователя на поверхности, образованной гиперболой; в-третьих, сложностью электрического симметрирования дифференциальной схемы, определяемой конструкцией и профилем обмоток, а также зависимостью коэффициента взаимоиндукции первичной и вторичной обмоток от положения среды, определяющего условия самовозбуждения и амплитуду сигнала на выходе усилителя, а следовательно, точность удержания поплавка магнитным полем соленоида, т.е. определяющего точность измерения расхода.

Цель изобретения повышение точности измерения расхода.

На чертеже приведена структурная схема расходомера.

Расходомер содержит немагнитную цилиндрическую трубку 1 с торцовыми вставками 2, с обмотками А и В дифференциального преобразователя 3, встречно включенными, и соленоида 4, размещенного между ними, ферромагнитный поплавок 5 в форме стакана, покрытый со всех поверхностей защитным слоем 6, генератор 7 переменного напряжения, стабилизированного по амплитуде и частоте, двух резисторов R₁ и R₂, дифференциального усилителя 8, соединенного с ним выпрямителя 9, сглаживающий фильтр 10, усилитель 11, измеритель 12 тока, устройство 13 сравнения, регулируемый источник 14 опорного напряжения, второй дифференциальный усилитель 15, времяимпульсный преобразователь 16, состоящий из нуль-органа 17, генератора 18 пилообразного напряжения, пикового детектора 19, и таймер 20, а также счетчик 21 и цифровой индикатор 22.

Расходомер работает следующим образом.

При отсутствии расхода среды поплавок удерживается в среднем положении начальным усилием Р₀, компенсирующим собственный вес поплавка и архимедову силу (для жидкости).

Ток, протекающий по соленоиду, формируется с помощью управляемого источника 14 опорного напряжения при нулевых сигналах на выходах усилителя неравновесия 11 и сглаживающего фильтра 10.

Показания измерителя тока 12, градуированного в единицах расхода, при этом соответствуют нулю.

Данный режим соответствует начальной калибровке расходомера, учитывающей плотность среды, расход которой изменяется. В этом режиме сигнал разбаланса на входе первого дифференциального усилителя 8 отсутствует, т.е. измерительный мост, питаемый генератором 7, образованный двумя обмотками А и В дифференциального преобразователя 3 и двумя резисторами R₁ и R₂, сбалансирован.

С протеканием среды через расходомер на поплавок воздействует усилие, определяемое потоком среды, и усилие на электрической стороне, компенсирующее это воздействие.

Напряжение разбаланса измерительного моста вызывается изменением индуктивного сопротивления одной из обмоток дифференциального преобразователя вследствие перемещения поплавка 5 из среднего положения.

Расход среды, регистрируемый расходомером, пропорционален току через обмотку соленоида, удерживающего магнитным полем ферромагнитный поплавок в среднем положении, отклонение от которого в результате измерения расхода формирует уравновешивающее силовое воздействие на поплавок.

Расходомер обеспечивает определение расхода различных сред с накоплением за определенный промежуток времени. Это решается с помощью времяимпульсного преобразователя 16, генератор пилообразного напряжения 18 которого запускается пиковым детектором 19 одним из продетектированных полупериодов переменного напряжения генератора 7. Этим же импульсом запускается таймер 20, на котором ручным способом задается длительность накопления расхода среды, кратная длительности прямого цикла генератора пилы 18, управляющей работой счетчика 21.

На счетный вход счетчика 21 поступают импульсы с выхода пикового детектора 19 с частотой сигнала, формируемого генератором 7, питающего измерительный мост. Длительность одного цикла запоминания счетчика 21 определяется моментом его запуска таймером 20 и приходом импульса с выходов нуль-органа 17, сравнивающего напряжения с выходом выпрямителя 9 и генератора пилы 18, выдаваемого в момент равенства напряжений. Счетчик 21 запоминает число импульсов, прошедших с пикового детектора 19, и число циклов генератора пилы 18. Оба значения поочередно выдаются на индикаторное устройство 22.

Введение в расходомер времяимпульсного преобразователя 16 с таймером 20 позволяет осуществить оценку расхода на длительный промежуток времени, что необходимо для сухопутных транспортных средств, авиации, речного и морского флота. Суммарная абсолютная погрешность измерения расхода оценивается величиной 0,24%
Покрытие поплавка защитным слоем, например фторопластом, по всем поверхностям обеспечивает как чистоту бидистиллята или деионизированной воды от металлических ионов, так и стойкость его по отношению к агрессивным средам как щелочного, так и кислотного характера.

Использование в расходомере дополнительных известных блоков генератора 7 переменного напряжения фиксированной частоты и стабилизированной амплитуды и резисторов R₁ и R₂ позволяет исключить зависимость индуктивного сопротивления обмоток дифференциального преобразователя и магнитной проницаемости поплавка от частоты, стабилизировать выходное сопротивление измерительного моста, образованного при включении дополнительных резисторов R₁ и R₂ к дифференциальному преобразователю 3.

Применение сглаживающего фильтра 10 с постоянной времени (3-5) периодов колебаний переменного напряжения генератора 7, усилителя сигнала рассогласования, второго дифференциального усилителя 13 и устройства сравнения позволяет ускорить процесс уравновешивания поплавка в измерительном канале при отключении, включении расходомера, а также при резком изменении расхода среды за счет сложения токов калибровочного и измерительного.

Ведение времяимпульсного преобразователя со счетчиком и индикатором обеспечивает новые возможности расходомера отражение объема протекающей среды за установленное произвольно время, т.е. расходомер оценивает мгновенный, средний за время расход среды.

Расходомер обеспечивает высокую точность измерений, чистоту среды и стойкость в агрессивных средах.

Сущность изобретения: расходомер содержит немагнитную цилиндрическую трубку 1, торцовые вставки 2, дифференциальный преобразователь 3, соленоид 4, генератор 7 переменного напряжения. Дифференциальные усилители 8, 15, выпрямитель, сглаживающий фильтр 10, усилитель 11, измеритель 12 тока, устройство 13 сравнения, регулируемый источник 14 опорного напряжения, времяимпульсный преобразователь 16, нуль-орган 17, генератор 18 пилообразного напряжения, пиковый детектор 19, таймер 20, счетчик 21, цифровой индикатор 22. 1 ил.

РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТЕЙ ИЛИ ГАЗОВ, содержащий поплавок из ферромагнитного материала, свободно взвешенный внутри цилиндрической трубы из немагнитного материала, находящейся в магнитном поле соленоида, дифференциальной преобразователь из двух обмоток, включенных встречно, первый дифференциальный усилитель, выпрямитель и измеритель тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены резистивный делитель, образующий с обмотками дифференциального преобразователя измерительный мост, генератор переменного напряжения, включенный в питающую диагональ измерительного моста, сглаживающий фильтр, последовательно соединенные времяимпульсный преобразователь, счетчик и цифровой индикатор, усилитель, источник опорного напряжения, устройство сравнения и второй дифференциальный усилитель, при этом измерительная диагональ моста подключена к входам первого дифференциального усилителя, соединенного через последовательно включенные выпрямитель, сглаживающий фильтр и измеритель тока с первым входом второго дифференциального усилителя, подключенного вторым входом через последовательно соединенные устройство сравнения и усилитель к выходу выпрямителя, подключенного вторым выходом к первому входу времяимпульсного преобразователя, соединенного вторым входом с выходом генератора переменного напряжения, а вторым и третьим выходами подключенного соответственно к первому и второму управляющим входам счетчика, источник опорного напряжения подключен к второму входу устройства сравнения, выход второго дифференциального усилителя через обмотку соленоида соединен с общей шиной устройства, причем поплавок имеет форму цилиндрического стакана, длина которого вдоль оси равна 1,1 длины обмотки соленоида, связанной с суммарной длиной обмоток дифференциального преобразователя соотношением 3 2, а обмотка соленоида расположена между обмотками дифференциального преобразователя на внешней поверхности цилиндрической трубки, в которую введены торцевые вставки из немагнитного материала, диаметр отверстия в которых меньше внешнего диаметра ферромагнитного поплавка, покрытого защитным слоем по всей поверхности.