Электромагнитный расходомер с частотным выходом Советский патент 1977 года по МПК G01F1/58 

1

Изобретение относится к области измерения расхода и количества жидкостей электромагнитными расходомерами.

Известны электромагнитные расходомеры (1), содержащие датчик, выполненный в виде отрезка трубы яеферромагнитного материала с электродами для съема сигнала, систему возбуждения магнитного ноля, питаемую током промышленной частоты, и измерительный преобразователь в виде двухканального автокомпенсатора переменного тока, один канал которого применяется для преобразования полезного сигнала датчика, а другой - для компенсации трансформаторной помехи. Выходным сигналом расходомера, как правило, является постоянное на-пряжение или ток. Во многих случаях, например, при необходимости интегрирования выходного сигнала более удобным является частотный выход расходомера. Обычно в таких случаях в расходомер включают преобразователь выходного сигнала автокомпенсатора в частоту. Однако при этом дополнительно усложняется схема расходомера и увеличивается погрешность. Более совершенной является комненсационная схема преобразования выходного сигнала датчика в частоту (2), содержащая датчик, формирователь магнит :ого поля, усилитель и сравнивающее устройство.

2

Но в расходомере с такой схемой, во-первых, производится тройное преобразование измеряемого сигнала: в датчике скорость потока преобразуется в переменное напряжение,

затем в измерительном преобразователе преобразуется в постоянное напряжение, а затем в частоту. Во-вторых, в измерительном преобразователе используются два идентичных канала, оди« из которых необходим для компенсадии трансформаторной помехи. Оба эти обстоятельства существенно усложняют схему. Кроме того, этой схеме, как и всем расходомерам, датчик которых возбуждается током промышленной частоты, присуще существенное

ограничение частотного диапазона измеряемого сигнала, что не всегда приемлемо.

Для повышения точности измерения расхода Путем обеспечения эффективного подавления трансформаторной номехи более простыми средствами, сокращения количества преобразований измеряемых сигналов и расширения их частотного диапазона предлагаемый расходомер снабжен генератором тока треугольной формы, подключенным к формирователю магнитного поля, дополнительным сравнивающим устройством и устройством управления генератора, выход которого подключен к входу генератора тока, а вход - к выходам сравнивающих устройств. Датчик описываемого расходолгера содержит электроды 1, обмотки 2 возбуждения магиитиого иоля, иитающий генератор 3 тока треутольиой формы, схему управления 4 генератора, диффере 1циальный усилитель иостояниого тока 5 и подсоединенный к его входу через ключевую схему 6 пороговый элемеит 7, опорным напряжением которого является «нуль схемы. К неинвертирующему входу усилителя подсоединены последовательно и в противофазе электроды датчика и через параллельно включенную ключевую схему 8 источник опорного напряжения, состоящий из обмотки 9, намотанной на об мотку 2, и управляемого делителя напряжения 10. К инвертирующему входу усилителя подсоединена ключевая схема И, другим выводом соединенная с выходом усилителя, и конденсатор 12, другой вывод которого подключен к «нулю схемы. Входы ключевых схем 6, 8 и 11 иодключены к схеме управления 4. Последовательно обмотке возбуждения 2 включено измерительное сопротивление 13, другим выводом подсоединенное к «нулю схемы, а точка соединения обмотки 2 и сопртивления 13 подключена на входы схемы сравнения 14 с минимальным опорным напряжением и контрольной схемы сравнения 15. Выходы схем сравнения 14 и 15 подсоединены к входу схе.мы управления 4. Выход порогового элемента, являющийся одновременно выходом расходомера, подсоединен к выходу схемы управления через переключатель 16. Возможны два режима работы схемы: подготовка к измерению и измерение. Под-готовка к измерению производится в отсутствие течения жидкости через расходомер, но при погруженных в жидкость электродах. Переключатель 16 разомкнут. Измерение производится при движении жидкости через расходомер и при замкнутом переключателе 16. Работой устройства в обоих режимах управляет схема управления 4. В момент включения схемы или поступления импульса .со схемы сравнения 14 схема управления 4 нереключает устройство на измерительный полунериод. При этом ключевые схемы 8 и 11 размыкаются, а ключевая схема 6 замыкается. Выходной ток генератора 3 начинает линейно возрастать. Протекая по обмотке 2, он возбуждает пересекающее трубу с электродами линейно растущее магнитное поле. При наличии движения жидкости но трубе 1 на электродах появляется линейно растущий полезный сигнал датчика. Одновременно появляется трансформаторная помеха, которая в этом случае является постоянной величиной, совпадающей по знаку с полезным сигналом. Измерительный полупериод нродолжается до тех пор, пока на схему управления 4 поступает импульс со схемы сравнения 15 (в режиме подготовки к измерению) или с порогового элемента 7 (в режиме измерения), и схема управления переключает устройство в компенсационный полупериод. При этом ключевые схемы 8 и 11 замыкаются, а ключевая схема 6 размыкается. Выходной ток генератора 3 начинает линейно уменьща1ься, возбуждая линейно надаюн1ее магнитное поле. Полезный сигнал датчика тоже линейно уменьшается, а трансформаторная помеха в этом случае имеет знак, противоположный напряжению Полезного сигнала. Компенсационный полупериод продолжается до того момента, когда срабатывает схема сравнения 14, вновь переключая устройство на измерительный полупериод. Схема сравнения 14 срабатывает в момент уменьшения до нуля падения напряжения на измерительном сопротивлении 13. При этом индукция магнитного поля и напряжение полезного сигнала равны нулю. Схема сравнения 15 срабатывает в .момент увеличения падения нанряжения на сопротивлении 13 до значения, выбираемого таким, чтобы ток возбуждения, вызываюший это падение, имел бы предельно возможное значение. Пороговый элемент 7 срабатывает в .момент, когда выходное напряжение усилителя 5 становится положительным в измерительный полупериод, т. е. когда становится положительным дифференциальное входное напряжение усилителя. Так как в полупериод компенсации выход усилителя 5 соединен включенной ключевой схемой 11 с инвертирующим входом и, тем самым, усилитель охвачен стопроцентной отрицательной обратной связью, то на конденсаторе 12 «запомнится напряжение, действующее в вьпнеуказанный момент на инвертирующем входе. В режиме подготовки к измерению сначала устанавливается опорное напряжение, равное нулю. При этом в каждый измерительный полунериод дифференциальное напряжение становится сразу положительным, и пороговый элемент 7 срабатывает. Затем, постепенно повышая делителем 10 опорное напряжение, находят то его минимальное значение, при котором пороговый элемент 7 перестает срабатыЗатем, изменяя положение делителя 10, увеличивают опорное напряжение, и схема готова к измерению. В момент измерения индукция магнитного поля достигает максимального значения в данный период. Компенсационный полупериод нродолжается до тех нор, пока индукция магнитного поля уменьшится от максимума до нуля. Продолжительность компенсационного полупериода будет пропорциональна времени измерения. Период изменения магнитного поля, а таке и следования импульсов порогового элемента 7, являющихся выходными импульсами, будет обратно пропорционален, а частота их следования прямо пропорциональна скорости потока жидкости.

Таким образом, частота следования выходных импульсов в режиме измерения является мерой скорости потока жидкости и, тем самым, и расхода жидкости.

Формула изобретения

Электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, формирователь магнитного поля, усилитель и сравнивающее устройство, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения расхода и расширения частотного диапазона измеряемого сигнала, снабжен генератором тока треуголь1ной формы, подключенным к формирователю магнитного ноля, донолнительным сравнивающим устройством и устройством управления генератора, выход которого подключен к входу генератора тока, а вход - к выходам сравнивающих устройств.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Л. .М Корсунский. «Электромагнитные гидрометрические приборы, М., 1964, с. 58.

2.Патент США № 3260109, кл. 73-194, 1966.