Электромагнитный расходомер Советский патент 1981 года по МПК G01F1/60 G01F25/00 

1

Изобретение относится к измерению расхода электропроводящих сред бесконтактным способом.

Известны электромагнитные расходомеры, содержащие индуктор пульсирующего поля и приемный индуктор с одной группой катушек 111.

Известны также измерители скорости жидкого металла, содержащие намагничивающий индуктор пульсирующего магнитного поля и приемный индуктор с двумя группами катушек, одна из которых устанавливается в максимуме поля возбуждения, другая - в местах нулевого значения этого поля L2J. Катушки, устанавливаемые в максимумах поля возбуждения, подключаются к схеме компенсации.трансформаторной помехи, далее к измерительному усилителю вихревого сигнала и схеме отношений. Катушки в местах нулевого значения поля подключаются к измерительному усилителю скоростного сигнала и далее к схеме отношений. О величине расхода судят по отношению скоростного и вихревого сигнала.

Недостатком известных измерителей является требование полной идентич- ности как электрических параметров обеих групп катушек (количество

витков, их размер и т,д.), так и их магнитных цепей. Практически эти условия невыполнимы, в связи с чем известные измерители требуют индивидуальной градуировки, причем, поскольку парс1метры магнитных целей зависят от величины зазора, то и градуировка должна вестись для конкретного зазора. Изменение же

0 зазора при переустановках датчика с градуировочного стенда на рабочий, либо при изменениях температуры приведет к дополнительной погрешности измерений.

5

Второй недостаток известных измерителей связан с требованием,идентичности двух трактов усиления и обработки сигнала - вихревого и скоростного. Их неидентичность и не0идентичное изменение при, прогреве прибора приводит также к дополнительной погрешности измерений.

Кроме того, дополнительная погрешность измерений может быть выз5вана возможными изменениями сигнала в катушке, расположенной в точке максимума поля (например, из-за нагрева датчика) или сигнала компенсации. Проконтролировать и устранить эти изменения в известных измерите0

лях можно только в случае опорожнения канала измерителя, что во многи реальных установках недопустимо/

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что у электромагнитного расходомера, содержащего индуктор пульсирующего магнитного поля, источник питания,индикаторную катушку и измерительную схему, содержащую блок компенсации, соединяемый с индикаторной катушкой, индикаторная катушка установлена на индукторе на расстоянии от -g- до д- полюсного деления индуктора от точки с нулевым значением магнитного поля, а в измерителную схему введены фазовращатель, фазовый детектор, переключатель -и квЕ1Дратурный блок, причем один вход фазового детектора соединен непосредственно с блоком компенсации, а переключатель соединяет фазовращатель, подключенный к источнику питания, со вторым входом фазового детектора непосредственно или через квадратурный блок.

На чертеже изображена схема расг ходомера.

Электромагнитный расходомер содержит индуктор 1, который имеет синусоидально распределенную обмотку 2, получающую питание от источника 3 .(индуктор может быть цилиндрическим . плосколиЕ1ейным и в этом случае обычно применяются два индуктора, устанавливаемые один напротив другого). Проводящая среда 4 расположена в зазоре индуктора 1. Индукторная катушка 5 расположена на индукторе на расстоянии /4 - (где f - полюсное деление индуктора)от точки с нулевым значением индукции и подключена к блоку 6 компенсации. Вход опорного напряжения блрка б компенсадии соединен с источником 3 питан а выход блока б компенсации соединен с входом фазового детектора 7, подключенного к выходному прибору 8. Вход опорного напряжения фазового детектора 7 соединен с источником 3 питания через фазовращатель 9, переключатель 10 и квадратур ный блок 11.

Расходомер работает следующим образом.

При включении расходомера в зазоре индуктора (имеется в виду зазор в цилиндрическом индукторе, либо зазор между двумя плоско-линейными индукторами.) возникает пульсирующее магнитное поле, являющееся суперпозицией двух встречно-бегущих с одинаковой скоростью полей распределение индукции, и В показано над индуктором 1).. В индикаторной катушке 5, расположенной на расстоянии Д-/в (далее для определенности рассматривается расстояние t/6),встречно-бегу|щие компоненты суммируются под углом ( у --f %) ,т.е. наведенная в ней ЭДС равна 1/2 от ЭДС, которая была бы наведена в той же катушке, если бы она была размещена в точке максимума индукции (на расстоянии V2 от места с нулевым значением индукции). Установкой переключателя 10 в положение 1, опорное напряжение на фазовый детектор 7 подается от источника 3 питания через фазовращател 9, минуя квадратурный блок 11. Регулировкой фазовращателя 9 опорное напряжение на фазовом детекторе7 настраивается в квадратуру с прямой ЭДС, наведенной в индикаторной катушке 5, о чем можно судить по нулевому показанию выходного прибора . 8. Установкой переключателя 10 в положение 11 в цепь опорного напряжения фазового детектора 7 вводится квадратурный блок 11, который разворачивает фазу опорного напряжения на 90°, т.е. опорное напряжение становится синфазным с наведенной прямой ЭДС в индикаторной катушке 5, в результате чего выходной прибор 8 зафиксирует максимальный сигнал. Регулировкой блока б компенсации проводится полная компенсация прямой ЭДС, наведенной в катушке 5 первичным магнитным полем, в результате чего выходной прибор 8 вновь зафиксирует нуль.

При введении в зазор проводящей среды 4 и включении переключателя 10 в положение 1 выходной прибор 8 зафиксирует величину, пропорциональную ЭДС, наведенной в индикаторной катушке 5 вторичным магнитным полем (поскольку эта ЭДС находится в квадратуре к прямой ЭДС от первичного магнитного поля). При этом необхо- димо иметь в виду, что вторичное магнитное поле, как и первичное, является суперпозицией вторичных магнитных полей встречно-бегущих компонентов, т.е. суммирование этих компонент происходит под тем же углом, что и у первичных полей, т.е. в данном случае в место расположения индикаторной катушки под углом ( Vi- %) и, следовательно, сигнал на выходе фазового детектора 7 будет пропорционален амплитуде одной бегущей компоненты вторичного поля. Если при наличии в зазоре электропроводящей среды переключатель 10 установлен в положение 11, выходной прибор 8 покажет нулевое значение, поскольку появившаяся в индикаторной катушке 5 ЭДС от вторичного поля находится в квадратуре к опорному напряжению разового детектора 7 из-за введения в данном положении переключателя в цепь опорного напряжения квадратурного блока 11.

Если же проводящая среда 4 начинает двигаться, то величина одной

из компонент бегущего магнитного поля будет увеличиваться(той, которая движется навстречу проводящей среды), а у другой - уменьшаться (той, у которой напряжение движения совпадает с направлением движения среды) . В итоге, на выходном приборе 8 появится сигнал, пропорциональный скорости движения среды 4. В случае, когда скорость движения среды будет равна скорости движения, совпадающей с ней по направлению бегущей компоненты поля, то этой компоненты вторичное магнитное поле равно нулю, а у другой компоненты будет равно удвоенной величине. В этом случае сигнал на выходе фазового, детектора, пропорциональный ЭДС; наведенной в индикаторной катушке вторичным магнитным полем, будет пропорционален .вег sin(%-) 1,732 Ват. БЕГ. и соответствует скорости движения среды 2Cf(T.e. скорости движения) бегущей компоненты магнитного поля;, где t - полюсное деление индуктора, f - частота тока питания. Сигнал же, пропорциональный BBT.бЕг. известен по показанию вторичного прибора в положении 1 переключа теля 10.

Итак, в положении 1 переключателя 10 осуществляется градуирование расходомера, т.е. определение величины сигнала, соответствующего скорости движения среды, равной ; в положении 11 - измерение расхода по показаниям вторичного прибора В.

Из описанного принципа ясно, что проверку градуировки можно проводить как при неподвижной так и движущейся среде, а контроль нуля (т.е. устранение возможных уходов из-за . нагрева индуктора или блока компенсации) можно осуществлять как при отсутствии, так и при наличии неподвижной проводящей среды в зазоре индуктора.

Размещение индикаторной катушки на расстоянии /4 от точки с нулевой индукцией магнитного поля целесообразно применять при больших расходах. В этом случае реализуется условие примерного равенства калибровочного сигнгша и сигнала расхода

Размещение индикаторной катушки на расстоянии /6 от точки с нулевым значением индукции целесообразно применять при средних расходах, которае чаще всего встречаются на практике (при этом соотношение калиброп вочного сигнгша и сигнала расхода равно. 1:1,732 , а на расстоянии /8 от точки с нулевым значением индукции целесообразно применять при малых расходах (при этом соотношение сигналов соответственно 1:2,52).

Размещение индикаторной катушки на расстоянии более I- /4 от точки с нулевым значением индукции приводит к снижению точности, поскольку калибровочный сигнал становится больше -сигнала расхода. Применение расстояний менее /8 практически невозможно реализовать из-за конечных размеров обмотки и зуба индуктора. Кроме того, калибровочный сигнал становится настолько малым, что на точность работы прибора начинают влиять аппаратурные эффекты.

Формула изобретения

Электромагнитный расходомер, содержащий индуктор пульсирующего магнитного поля, источник питания, индикаторуню катушку и измерительную схему, содержащую блок, компенсации, соединенный с индикаторнойкатушкой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности-измерения, индикаторная катушка установлена на индукторе на расстоянии от 1/8 до 1/4 полюсного деления индуктора от точки с нулевым значением магнитного поля, а в измерительную схему введены фазовращатель, фазовый детектор, переключатель и квадратурный блок, причем один вход фазового детектора соединен непосредственно с блоком компенсации, а переключатель соединяет фазовращатель, подключенный к источнику питания, со вторым входом фазового детектора непосредственно или через квадратурный блок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании, № 977911, кл. G 1 N, 1964.

2.Авторское свидетельство СССР . 286266, кл. G 01 F 1/58, 1969

.(прототип)

во