Электромагнитный расходомер с частотным выходом Советский патент 1982 года по МПК G01F1/58 

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ

I

Изобретение относится к измepeниlв расхода и количества жидкостей электромагнитным методом.

Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом с компенсационной схемой преобразователя 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 ГП.

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

Известны также электромагнитные iрасходомеры с частотным выходом, содержащие датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнит-

нбго ПОЛЯ, генератор, тока треугольной , два сравниваю1цих устройства, устройство управления генератором, преобразователь напряжение период и амплитудный детектор, причем датчик через усилитель сигнала датчика подключен к входу первого сравнивающего устройства, выходы обоих сравнивающих устройств подключены к последовательно соединенным устройству управления генератором, генератору тока треугольной формы и обмотке возбуждения магнитного поля, входы второго сравнивающего устройства и амплитудного детектора подключены к обмотке возбуждения магнитного поля, а выход амплитудного детектора подсоединен к преобразователю напряжение-период L21.

Основным недостатком таких расходомеров является узкий диапазон рас- ходов в котором измерение производится с минимальной погрешностью. Так, если такой электромагнитный расходомер расчитан на некоторый мини мальньпЧ расход при измерении которого погрешность из мерения не будет превышать заданной величины, то отношение максимального и минимального расхода в диапазоне которы погрешность не рйстет, обычно не пре вышает 3-4. При дальнейшем увеличени этого отношения появляется нелинейность характеристики (fi). также начинает резко возрастать погрипность измерения. Это связано с тем обстоятельством, что со значительным ростом измеряемого расхода очень уменьшается амплитуда ицяук19Ш магнитного поля, а, тем самым, и тока возбуждения. При этом резко возраст ет вес погрешностей из-за инерционности переключения направления изменения магнитного поля и из-за деист ВИЯ различных помех. Цель изобретения - увеличение точ ности измерения в широком диапазоне измеряемых расходов. Указанная цель достигается тем, что электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержалщй дат;чик, усилитель сигнала датчика, обмо ку возбуждения магнитного поля, два сравнивающих устройства, генератор тока треугольной формы и устройство управления генератором, причем датчи через усилитель сигнала датчика подключен к первому сравнивающему устройству, а выходы обоих сравнивающих устройств подключены к последова тельно соединенным устройству управления генератором, генератору тока треугольной форма и обмотке возбуждения магнитного поля, дополнительно снабжен двумя компараторами, интегра тором, управляе1 « 1М делителем опорного напряжения, переключателем диапазонов делителем выходного сигнала интегратора и делителем частоты, причем первые входы обоих компараторов подклоочены к аыходу усилителя сигнала датчика, выход интегратора подключен к второму входу первого компаратора и через делитель выходного сигнала интегратора - к второму входу второго компаратора, выходы обоих компараторов подключены к пере ключателю диапазонов, один вькод которого через управляемый делитель на пряжения подключен к второму входу первого сравнивающего устройства и к входу интегратора, а второй выход к управлякмдему входу делителя частоты, сигнальный вход которого соединен с выходом первого сравнивающего устройства, вход второго сравниваю-, чего устройства соединен с генератором тока треугольной формы. На чертеке приведена функциональная схема расходомера. Расходомер, сострит из датчика i, электроды которого подключены к усилит ejDo 2 сигнала датчика, выход которого подключен к первому сравиивакщему устройству 3. Магнитное ноле в датчике создает обмотка 4 возбуждения магшггного поля, подключенная к генератору 5 тока треугольной ), вход которого соединен с устройством управления генератором 6. Ко входу последнего подключены выходы первого 3 и второго 7 сравнивающих устройств, П|дачем вход устройства 7 прясоекянвн к генератору 5 тока треугольной формы. Опорное напряжение устройства 3 задается yпpaвляe ffiдм делителем 8 опорного напряжения, вход которого присоединен к переключателю 9 диапазонов, Кр входам последнего подключены выходе первого компаратора 10 и второго компаратора i I. Цервый вход первого компаратора 10 подключен к интегратора 12, подключенного своим входом к выходу управляемого делителя 8 опорного напряжения. Первый вход второго компаратора I1 подключен к выходу интегратора 12 через делитель выходного сигнала интегратора 13, а вторые входы обоих компараторов 10 и П подключены к выходу усилителя 2 сигнала датчика. К выходу сравнивающего устройства 3 подключен делитель частоты 14 управляющий вход которого подсоединен к переключателю диапазонов 9, а выход является выходом расходомера. Расходомер работает следующим образом. В момент включения расходомера ток на выходе генератора 5 тока треугольной формы начинает линейно возрастать. При этом линейно растет магнитное поле в датчике 1 и полезный сигнал на е,.го электродах, а также на выходе усилителя 2. Это - измерительный полупериод. В момент достижения выходным сигналом усилителя 2 опорного напряжения la , равного выходному сигналу управляемого делителя опорного напряжения 8, срабатывает первое сравнивающее устройстЬо 3, Оно воздействует на устройство управления генератором 6, которо переключает схему расходомера на об ратный полупериод. При этом ток на выходе генератора 4, магнитное поле в датчике, полезный сигнал на элекг тродах датчика и сигнал на вьпсоде усилителя 2 линейно убывают. В момент достижения выходным током генератора 4 нулевого значения (при этом полезный .сигнал датчика и сиг- нал на выходе усилителя 2 тоже равны- нулю| срабатывает второе сравнивающее устройство 7, которое воздействует на устройство управления генератором 6, а последнее вновь переводит схему расходомера в измерительный полупериод. Частота f сра батывания сравнивающего устройства 3, равная частоте генератора 5, т.е частота возбуждения, будет прямо пропорциональна расходу (J и скорости изменения тока треугольной формы 3fe и обратно пропорциональна опорному напряжению Q : f где К - коэффициент пропорциональности. Если коэффициент деления делителя частоты 14 в данном положеНИИ переключателя 9 диапазонов равен п , то выходная частота делителя 14, являющаяся выходной частотой расходомера, будет f6e, . Переключатель 9 диапазонов меняет свое состояние когда срабатывает первый 10 или второй 11 компаратор. При этом Одновременно меняется козф фициент деления г делителя частоты 14 и делителя 8 опорного напряже ния. При этом lo -гг, где Eo const. Первый компаратор 10 срабатывает, если крутизна изменения сигнала на: выходе усилителя 2 больше, чем на в ходе интегратора 12. При его срабатывании коэффициент п уменьшается. Второй компаратор И срабатывает, если крутизна изменения сигнала на выходе усилителя 2 будет меньше, че на выходе делителя 13. П|)и зтом коэ фициент п увеличивается. Крутизна изменения сигнала на вы ходе усилителя 2 пропорциональна из ряемому расходу. Поэтому для данного диапазона измерений порог срабатывания первого компаратора 10, определяющий максимально возможную крутизну сигнала усилителя 2 опреде ляет максимальный расход Цтач порог срабатывания второго компаратора I1, определяющий минимальную крутизну - минимальный расход О.шг Коэффициент деления rt; делителя 13 определяет отношение максимального и минимального расходов, .еь в диапазоне. Если Д® Ли const, ,2,3.,. - номер диапазона, то при переключешш устройства с одного диапазона в соседний Qtrrt и Ц««, соответственно, увеличатся в Па раз, если срабатывает первый компаратор 10, и уменьшается в п раз, если срабатывает второй компаратор 1. При зтом их отношение ГП останется неизменным. Для прав ильной работы схемы необходимо выполнение уело- Вия m п . Подставив в выражение для fiSftx значение f и при этом учитывая, что to Ti° получаем, что выходная V 7 Q частота f6( пропорциональна расходу жидкости, причем передаточная функция расходомера не зависит от диапазона, в котором производятся измерения. . . Предлагаемая схема устройства позволяет значительно распшрить диапа зон расходов, измеряемых с погреш- ностью, не превышающей заданнун5. Дей- ствительнй. Ведь во всех диапазонах Незй-висимо от значения п значение частоты срабатывания первого, сравнивающего устройства 3, а следовательно, и выходной частоты генератора 5 лежит в одних и тех же пределах , причем . Это происходит потому, что при переключении соседних диапазонов наряду с увеличением или уменьшением и Цггкхч в Otj раз происходит соответствующее увеличение или уменьшение в раз значения IB . Поэтому имеется возмож- ность выбрать диапазон частот, а,тем самым, и скорость изменения выходного тока генератора 5 таким, при котором погрешность для измерения будет минимальной при сохранении оптимальности других параметров расходомера. Если при каком-то самом минимальном расходе Цгг|(л mw обеспечена заданная погрешность измерения, то, применяя предлагаемую схему расходомера с автоматическим переключением диапазонов, можно расширить диапазон расходов, измеряемых с заданной погрешностью в любое необходимое количество раз. Формула изобретения Электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий дат