Электромагнитный расходомер с частотным выходом Советский патент 1981 года по МПК G01F1/60 

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ

I

Изобретение относится к измерению расхода и количества жидкостей электл ромагнитным методом. Преимущественно око может применяться для создания цифровых электромагнитных расходомеров или аналого-цифровых преобразователей расхода.

Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом с компенса1Ц1ОННОЙ схемой преобразования сигнала датчика в частоту. Они содержат два канала преобразования, в каждом из которых имеются фазовые детекторы преобразователи напряжение-частота и частота-напряжение с соответствующими фильтрами Г1Д.

Однако, схемы таких расходомеров сложны. Они возбуждаются промышленной частотой, поэтому для возбуждения требуется значительная мощность. При промьшленной частоте имеется довольно значительная трансформаторная помеха, для подавления которой необходим дополнительный канал.

Известны электромагнитные расходомеры, в которых частота возбуждения равна выходной частоте. При значительно меньшей частоте возбуждения, чем промьппленная, это дает существен Hbd выигрьш в потребляемой мощности. Трансформаторная помеха при этом получается ничтожной.Наиболее экономичным из таких расходомеров является электромагнитный расходомер с

10 частотным выэсодом, содержащий датчик усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, под- . ключенный к ней генератор тока треугольной формы, к его входу подключенное устройство управления генера-. тором, резистор и два сравнивающих устройства, выходы которых подключены к входу устройства управления генератором 23.

20

Основной недостаток известного расходомера - узкий диапазон расходов , в котором выходная частота расходомера зависит от измеряет мого расхода и измерение производит ся с минимальной погрешностью. Так, если такой электромагнитный расходо мер рассчитан на некоторый минималь ный расход Q.. ,при измерении котор го погрешность измерения не будет превьшать заданной величины, то отн шение максимального и минимального расходов , в диапазоне которых выходная частота линейно зависит от расхода, обычно не превышает 3-4. При дальнейшем увеличении этого отн шения возникает нелинейность характеристики fftbix (Q) а также начинает резко возрастать погрешность измерения. Это связано с тем обстоятельством, что со значительньм ростом измеряемого расхода существенно уменьшается амплитуда индукции магнитного поля и уменьшается период. При этом резко возрастают погрешности из-за инерционност переключения направления изменения магнитного поля и из-за действия различных помех. Цель изобретения - увеличение ли нейности и точности измерения в широком диапазоне измеряемых расходов Указанная цель достигается тем. что электромагнитный расходоме|) с ч тотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, генератор тока треугольной формы, два сравнивающих устройства, устройство управления генератором и резистор, причем, датчик через усилитель сигнала датчика подключен ко входу .первого сравнивающего устройства, п вый конец обмотки возбуждения магнитного поля подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее конец подсоединен к перво му концу резистора и входу второго сравнивающего устройства, второй конец резистора подсоединен к общей точке расходомера, а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управления генератором подсоеди нены к управляющему входу генератора треугольной формы, дополнительно снаб-жен двумя триггерами Шмитта, дополнительной схемой управления, управляемым преобразователем частоты и управляемым источником опорного напряжения, причем входы обоих триггеров Шмитта подсоединены ко вто рому концу обмотки возбуждения, их 04 выходы подсоединены к входам дополнительной схемы управления, выход которой подсоединен к управляющим входам управляемого источника опорного напряжения и управляемого преобразователя частоты, выход управляющего источника опорного напряжения соединен с первым сравнивающим устройством, управляемый преобразователь частоты включен последовательно меяаду устройством управления генератором и выходом расходомера. На чертеже представлена структурная схема расходомера. Предлагаемый расходомер состоит ИЗ датчика 1, электроды которого подключены к усилителю сигнала датчика 2, а выход последнего подключен ко входу первого сравнивающего устройства 3. Выход первого сравнивающего устройства 3 подведен к устройству 4 управления генератором, соединенному с генератором 5 .тока треугольной формы, к выходу которого подсоединено последовательное соединение обмотки 6 возбуждения магнитного поля, составляющий вместе с магнитопроводом 7 формирователь 8 магнитного поля, и резистора 9. К точке соединения реэистора 9 и обмотки 6 подсоединены входы двух триггеров Шмитта 10 и П, выходы которых подключены к дополнительной схеме 12 управления, а также вход второго сравнивающего устройства 13, выход которого подключен к устройству 4 управления генератором. Выход дополнительной схемы 12 управления подключен к управляющим входам управляемого источника 14 опорного напряжения, выход которого подключен к первому сравнивающему устройству 3. и управляемого преобразователя 15 частоты, вход которого подсоединен к схеме 4 управления генератором, а выход является выходом расходомера. Устройство работает следующим образом. В момент включения ток на выходе енератора 5 тока треугольной формы начинает линейно возрастать со скоостью IQ const. Линейно растет акже ивдукция магнитного поля в акивной зоне датчика 1. Скорость ее зменения В пропорциональна .скороси изменения тока возбуждения В где С const. На электродах атчика J, а также на выходе усилиеля 2 сигнал тоже возрастает линейо. Сигнал на выходе усилителя. 2 в измерительный полупериод описывается выражением е , где k коэффициент усиления усилителя 2, d - расстояние между электродами, V - скорость потока жидкости. В момент достижения сигналом е заданного опорного уровня Е срабатывает первое сравнивающее устройство 3, воздействует на устройство 4 управления генератором, которое переключает направ ление изменения тока в генераторе 5 тока треугольной формы. Ток на выход генератора начинает убывать. Убывает также напряжение Ug на резисторе 9 до тех пор, пока оно становится равным нулю. В момент равенства Ug 0 срабатьшает второе сравнивающее устройство 13, воздействуя на устройство 4.управления генератора, которое снова переключает направление изменекия тока в генераторе 5 треугольной форйы. Снова начинается измерительный полупериод. Продолжительность измерительного полупериода выражается из равенства е Е следующим образом Е . - Напряжение на резисторе 9 в этот момент можно выразить следующим обра зом Ug Rlgt,, где R - сопротивление резистора. Вставив значение t в это выражение, получаем Un , ,,, У kd су Если абсолютное значение скорости изменения тока возбуждения в обоих полупериодах одинаковое, то продолжи тельность одного периода этого тока 2Е А будет Т 2t, . .fCTt- коэффициент преобразоват KOUI . - 1 V ния, при этом г -тгг- . . I М Пусть линейное преобразование рас хода, а тем самым, и скорости потока V в частоту f с минимальной погрешностью, производится в некотором диапазоне периодов TIYI;;,- . Это соответствует диапазону скоростей потока rviiw рли скорость потока V будет значительно расти,.то она превышит и, при неизменном А период Т станет меньще . Для сохранения линейности показаний и сниж ния погрешности измерения при достижении Т Т. коэффициент А автоматически увеличивается в п раз. При этом Т в п раз увеличивается и остается в оптимальном диапазоне. 0.6 Коэффициент А меняетсяизменением опорного напряжения в управляемом делителе 14 опорного напряжения. Еели в нем имеется m переключаемых сту пеней, то возможно m диапазонов скоростей потоков, которым соответствует один и тот же диапазон периодов mdv Если номер диапазона скоростей обозйачим i ( 1,2,...,т), а минимальное опорное напряжение ЕГПЛХТ значение опорного напряжения Е в i-M диапазоне будет Е л min Переключение диапазонов производится следующим образом. Максимальному значению периода соответствует максимальное значение напряжения на резисторе 9 Ug tctxi Т vTiin соответствует Hyctb схема находится в i-м диапазоне. Если в какОм-то Ug ji Ugj , то срабатьшает первый триггер 10 Шмитта, воздействует на дополнительную схему 12 управления, которая увеличивает напряжение Е в управляемом делителе 14 опорного напряжеяия в п раз, переводя схему в ( + 0-й дн разон. Если же Ug вает второй триггер ЦЬштта, воздействуя на дополнительную схему 12 управления, которая умейыпает Б в п раз, переводя схему в (1-1)-й диапазон. Если в первом диапазоне и9 Этах или в т-м диапазоне и g диапазон не переключается. Для того, чтобы коэффициент преобразования расходомера при переключении диапазонов не менялся, введен управляемый преобразователь 15 частоты. Преобразователем может быть линейный делитель или умножитель частоты, выходная частота которого равна fgjj, , где SQ- const. Тогда подставив значение f будем иметь n aoic 4S А av colab V-M, , aokcdlo .. TF constгде win Предлагаемый электромагнитный расходомер с частотным выходом позволяет значительно увеличить диапазон линейного преобразования с минимальной погрешностью. Так, если оптимальный г 3,5, то диапазон периодов тдп достаточно двух переключаемых диапазояов с разными опорньв и напряжения ми Е, чтобы отношение х Д) Q-min достигло 10, при трех переключаемых диапазонах f « 7/30. пИп irniti Формула изобретения Электромагнитный расходомер с час тотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбузвдения магнитного поля, генератор тока треугольной формы, два срав -Ьивающих устройства, устройство ления генератором и резистор, причем датчик через усилитель сигнала датчика подключен ко входу первого сравнивающего устройства, первый конец обмотки возбуждения магнитного поля подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее ко нец подсоединен к первому концу резистора и входу второго сравнивающег устройства, второй конец резистора подсоединен к общей точке расходомера, а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управления генератором подсоединены к управляющему входу генератора тока трецвголь08ной формы, о тличающийся тем, что, с целью увеличения линейности и точности измерения, он дополнительно снабжен двумя триггерами Шмитта, дополнительной схемой управления, управляемым преобразователем частоты и управляемым источником опорного напряжения, причем входы обоих триггеров Шмитта подсоединены ко второму концу обмотки возбуждения; их выходы подсоединены к входам дополнительной схемы управления, выход которой годсоединен к управляющим входам управляемого источника опорного напряжения и управляемого преобразователя частоты, выход управляемого источника опорного напряжения соединен с первым сравнивающим устройством, управляемый преобразователь частоты включен последовательно мелду устройством управления генератором и выходом расходомера . Источники информации, принятые во внимание при экспертиза . 1.Патент США.№ 3260109, кл. 73-194ЕМ, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР № 546781, кл. G 01 F 1/58, 1974 (прдтотип).