Двухканальный электромагнитный расходомер Советский патент 1982 года по МПК G01F1/60 

Изобретение относится к электромагнитным измерителям расхода электропроводящих сред, в частности к двух канальным расходомерам для измерения нестационарных потоков жидкости. Известны двухканальные электромагнитные расходомеры для измерения нестационарных потоков жидкости,содержа щие участок трубопровода с размещенными на нем последовательно кондукционными датчиками расхода, один из которых работает с постоянным лагнитным полем, а другой - с переменным. Выходное напряжение с первого датчика соответствует высокочастотным составляющим спектра-расхода, а второгонизкочастотным составляющим. Оба напряжения подаются на сумматор. Если частотные характеристики соответствую щих каналов таковы, что после сложения их сигналов отсутствуют частотные и амплитудные искажения, то после суммирования напряжений с обоих каналов получают сигнал, пропорциональный мгновенной скорости потока. Для выделения соответствующих компонентов в первом канале стоит дифференцирующий усилитель, а во втором усилитель с фазовым детектором и интегрирующей цепочкой l , 2 и Сз. В известных расходомерах не обеспечивается эффективная компенсация частотных и амплитудных искажений суммируемых каналов, что существенно ограничивает точность измерения расхо« - ., Известен также двуканальный электромагнитный расходомер, содержащий два преобразователя расхода, последовательно установленные на измерительном участке трубопровода, соединенные с ними измерительные каналы преобразователей расхода с усилителями, выходной усилитель и блок питания, соединенный с преобразователем расхода, причем каждый из усилителей через умножитель подключен ко входу выходного усилителя, выход которого соединен со схемой автокомпенсации тран форматорной ЭДС, состоящей йэ фазочуветвительного детектора и модулятора tj. Недостатком известного расходомера, является недостаточно высокая точ ность измерения, обусловленная сложностью обеспечения полной компенсации трансформаторной помехи. Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения источников возникновения трансформаторной помехи и компенсации электрохимической помехи. Указанная цель достигается тем, что двухканальный электромагнитный расходомер, содержащий два преобразователя расхода/ последовательно установленные на измерительном участ ке трубопровода, соединенные с ними измерительные каналы преобразователей расхода с усилителями, выходной усилитель и блок питания, соединенп ный с преобразователем расхода, дополнительно введены два преобразователя сигнала отрицательной обратной связи, содержащие последовательно соединенные ключ и интегрирующий уси литель, коммутатор и генератор тактовой частоты, причем каждый из преобразователей сигнала отрицательной . обратной связи включен между выходом измерительного канала преобразователя расхода и входом коррекции нуля усилителя, выходы обоих каналов преобразователей расхода подсоединены через коммутатор к выходному усилите лю-, а управляющие входы блока питания, коммутатора и обоих ключей преобразователей сигнала отрицательной обратной вязи подсоединены к выходу генератора тактовой частоты. На фиг. 1 приведена блок-схема расходомера , на фиг. 2-6 - диаграммы, объясняющие принцип работы расходомера. Расходомер содержит преобразователи 1 и 2 расхода, устаноааенные последовательно на трубопроводе. Выход каждого из преобразователей 1 и 2 расхода соединен со своим измерительным каналом, содержащим усилитель 3 или 4, выходы которых подсоединены к коммутатору 5 соединенному через выходной усилитель б с показывающим прибором 1. Каждый измерительный канал содержит преобразователь сигнала отрицательной обратной связи, состоящий из последо94 вательно соединенных ключа 8 или 9 и интегрирующего усилителя 10 или 11, причем через этот преобразователь выход каждого из усилителей 3 и соединен со входом коррекции нуля этих усилителей. Питание преобразователей расхода осуществляется от блока 12 питания, управляющий вход которого соединен с генератором 13 тактовой частоты, управляющим также ключами 8 и 9 и коммутатором 5Расходомер работает следующим образом. Блок 12 питания, управляемый генератором 13 тактовой частоты, поочередно посылает импульсы постоянного тока в катушки возбуждения магнитно- го поля преобразователей 1 и 2 расхода таким образом, что в них возбуждается строго постоянное магнитное поле определенной величины с таким фазовым сдвигом во времени, что в любой момент времени на одном из них магнитное поле имеет заданную величину (фиг. 2, сплошная линия - магнитная индукция в первом преобразователе расхода, пунктирная линия - во вто ром преобразователе расхода).Когда на каком-либо преобразователе магнитное поле достигает этой величины, выход соответствующего усилителя 3 или k постоянного тока в режиме усиления через коммутатор 5 напряжений подключается ко входу выходного усилителя 6, а когда магнитное поле во втором преобразователе в это время становится равным нулю вследствие выключения питающего тока в его катушках возбуждения, в усилителе в помощью ключа закшкается петля отрицательной обратной связи и в. усилителе происходит -автоматическая компенсация дрейфа нуля, вызванного напряжением электрохимической помехи. При размыкании петли отрицательной обратной связи при включении магнитного поля в преобразователе усилитель сохраняет нулевое значение на время, определя мое постоянной времени интегрирующего усилителя, и полезный сигнал через коммутатор 5 напряжений подается на вход выходного усилителя 6, на выходе которого показывающий прибор показывает истинный расход. При выключении магнитного поля в любом преобразователе в нем происходит подавление напряжения электрохимической помехи, при включении магнитного ПОЛЯ выходным усилителем 6 измеряется только полезная составляю щая сигнала с выхода преобразователя Таким образом в любой момент времени измерение расхода производится при строго постоянном магнитном поле непрерывно то первым, то вторым преобразователями поочер1Вдно, а напряжение электрохимической помехи в них, сдвигающее нуль усилителей 3 и постоянного тока, подавляется или компенсируется поочередно при отсутс вии магнитного поля в соответствующе преобразователе с помощью замыкания петли отрицательной обратной связи с активным элементом-усилителем интегрирующим в усилителе постоянного тока. Время работы каждого преобразователя такое, что напряжение электром .химической помехи практически за этот промежуток времени не изменяет ся. Пусть в момент t (фиг. , 2) блок 12 питания преобразователей включает постоянное магнитное поле в преобра зователе 1. После окончания переход ного процесса, упрощенно изображеннного. на фиг. 2 в виде боковой трапеции, в момент tg. к выходному .усилителю 6 через коммутатор 5 напряжений подключается выход усили теля 3 преобразователя 1, имеющего коэффициент усиления, равный К. В момент tj , в преобразователе 2 выкл чается магнитное поле и после окончания переходного процесса в момент t2.K происходит подключение выхода усилителя Ц с помощью ключа 9 ко входу интегрирующего усилителя И в петле отрицательной обратной связ с коэффициентом усилителя KO. Коэф фициент усиления усилителя Ц с замк нутой петлей отрицательной обратной связи при ,этом равен 1/ (л ор 1 + Кос- Ко при значении KQ-KQ - 1 получаем Если в этот момент напряжение электрохимической помехи в преобразователе 2 равно ( то на выходе усилителя напряжение равно „ Vt Л - . - .Кос Выбирая KOCдостаточно большим, всегда можно получить желаемую степень подавления или компенсации электрохимической помехи . В момент времени t ключ 9 размыкается и нуль усилителя находится на уровне -к Д следующего замыкани я ключа 9. В момент времени tginone в преобразователе 1 выключается и после окончания переходного процесса в момент t, замыкается ключ 8, замыкающий петлю обратной связи в усилителе 3 через интегрирующий усилитель 10 с коэффициентом усиления К.. В соответствии с выражением (З) на выходе усилителя 3 при этом следующее напряжение равно U3(t,,). W Интегрирующие усилители 10 и 11 имеют одинаковый коэффициент усиления постоянную времени. В мо . мент времени t магнитное поле в преобразователе 2 выключается, а нуль усилителя 3 держится на уровне ,до следующего замыкания ключа 8.. Крммутатор 5 периодически подключает выходы усилителей 3 и t в моменты времени t и tjiKO входу выходного усилителя 6 с коэффициентом усиления обеспечивая непрерывное измерение расхода в магистрали. Если изменение расхода во времени соответствует, например, приведенному на фиг. 3t то выходные сигналы усилителей 3 и 4 имеют вид, приведенный на фиг. и 5 а на выходе выходного усилителя 6 наблюдается напряжение, изменяющееся как показано на фиг. 6. Выход усилителя Ь связан с показывающим прибором Выходной усилитель 6 производит сшивку полезного сигнала по двум преобразователям, сигнал на выходе которого равен Bb.x«(-VKQ(t)(s) где Q(t) - расход, К - коэффициент преобразования преобразователя расхода, для обоих каналов величина K«KQ выбирается одинаковой. Первый член в выражении (5) значительно больше второго, поэтому отношение сигнал/шум на выходе расходомера равно KQ-K-QU).- Кос/ и,, (6) где и - напряжение электрохимической помехи. Практически величина Ugx не превышает 0,1 В, а величина KQ(t) составляет единицы милливольт. Из выражения (6) получаем оценку отношения СИгнал/шум на выходе расходомера при самых неблагоприятных условиях. Выбирая KO KQ{J 10 , получаем величину сигнал/шум на выходе прибора порядка 1000, в то время как на выходе преобразователей расхода это отношение составляет всего лишь 0,01, т.е. расходомер обеспечивает эффективное подавление напряжения электрохимической помехи, увеличивая отношение сигнал/шум на выходе по сравнению со входом в 10 раз.

Алгоритм работы расходомера задается генератором 13 тактовой цастоТЫ.

Таким образом, предлагаемый расходомер обеспечивает повышение точности измерения, а также его надежности nyteM непрерывного измерения расхода при строго постоянном магнитном поле. Формула изобретения Двухканальный электромагнитный расходомер, содержащий два преобразователя расхода, последовательно установленные на измерительном участке трубопровода, соединенные с ними измерительные каналы преобразователей расхода с усилителями, выходной усилитель и блок питания, соединенный с преобразователем расхода, о тличающиися тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены два преобразователя сигнала отрицательной обратной связи, содержащие последовательно соединенные ключ и интегрирующий усилитель, коммутатор и генератор тактовой частоты, причем каждый из преобразователей отрицательной обратной связи включен между выходом измерительного канала преобразователя расхода и входом кор рекции нуля усилителя, выходы обоих каналов преобразователей расхода подсоединены к выходному усилителю, через коммутатор, а управляющие входы блока питания, коммутатора и обоих ключей преобразователей сигнала отрицательной обратной связи подсоединены к выходу генератора тактовой частоты. пр № № № № (п Источники информации, инятые во внимание при экспертизе свидетельство СССР 1.Авторское 01 F 1/56,1970. , кл. 6 свидетельство СССР 2.Авторское 78189, кл. G 01 F 1/00, 1973. свидетельство СССР 3.Авторское 01 F 1/58, 1975. , кл. G k. Авторское свидетельство СССР , кл. G 01 F 5/00, 1972 рототип).

Г(

if ; ilK h l / / 2

..2