Электромагнитный расходомер с частотным выходом Советский патент 1982 года по МПК G01F1/60 

I

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

Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом с компенсационной схемой преобразования сигнала Q в частоту, содержащие два канала преобразователя, в каждом из которых имеются фазовые детекторы, преобразователи напряжение-частота и частота-напряжение с соответствующими фильтра- ,j

ми ГПОднако схемы taкиx расходомеров сложны. Они возбуждаются промышленной частотой поэтому для возбуждения требуется значительная мощность. JQ При промышленной частоте имеется довольно значительная трансформаторная помеха, для подавления которой необходим дополнительный канал.

Существуют электромагнитные расходомеры, в которых частота возбуждения равна выходной частоте. При значительно меньшей частоте возбуждения, чем промышленная, это дает существенный выигрыш в потребляемой мощности. Трансформаторная помеха при этом получается ничтожной.

Наиболее экономичным из таких расходомеров является электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, генератор тока треугольной формы, устройство управления генератором, резистор, два сравнивающих устройства, выходы которых подлючены к входу устройства управления генератором t2l.

Основными недостатками такого расходомера являются узкий диапазон расходов, в котором выходная частота расходомера линейно зависит от измеря.емого расхода и измерение производит3 У ся с минимальной погрешностью. Так, если такой электромагнитный расходомер рассчитан на некоторый минимальный расход Q три измерении которого погрешность измерения не бу дет превышать заданной величины, то отношение максимального и минимальuvnaxноге расхода в диапазоне которых выходная частота линейно зав сит от расхода, обычно не превышает 3-. При дальнейшем увеличении этого отношения возникает нелинейность характеристики еых f(Q) а также начинает резко возрастать погрешность измерения. Это связано с тем, что со значительным ростом измеряемого расхода существенно уменьшается амплитуда индукции магнитноГо поля, а тем самым, и тока возбуждения. При этом резко возрастают погрешности изза инерционности переключения направления изменения магнитного поля и из-за действия различных помех. Цель изобретения - увеличение линейности и точности измерения в широком диапазоне измеряемых расходов. Указанная цель достигается тем, что электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, генератор тока треугольной формы, два срав нивающих устройства, устройство управления генератором и резистор, при чем датчик через усилитель сигнала датчика подключен к входу первого сравнивающего устройства, первый ко.нец обмотки возбуждения магнитного поля .подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее конец подсоединен к первому концу резистора и входу второго сравнивающего устройства, второй конец резисто ра подсоединен к общей точке расходомера, а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управления генератором подсоединены к управ ляющему входу генератора тока треугольной формы, дополнительно снабже дополнительной схемой управления, ге нератор тока треугольной формы выпол нен в виде последовательно включенных управляемого делителя напряжения, интегратора и усилителя мощности, причем второй конец обмотки возбуждения магнитного поля через дополнител ную схему управления соединен с первым управляющим входом управляемого делителя напряжения,второй вход кото рого соединен с устройством управления генератором,-а выход управляемого делителя напряжения соединен с пер вым сравнивающим устройством. На чертеже представлена структурная схема расходомера. Расходомер состоит из датчика 1, электроды которого подключены к усилителю .2 сигнала датчика, а выход последнего подключен к входу первого сравнивающего устройства 3- Выход его подведен к устройству k управления генератором, подключенного своим выходом к управляемому делителю 5 напряжения. Выход последнего подключен к интегратору 6 и к входу первого сравнивающего устройства 3. Управляемый делитель 5 напряжения вместе с интегратором 6 и подключенным к его выходу усилителем 7 мощности составляют генератор 8 тока треугольной формы. К выходу усилителя мощности 7 подключен один вывод обмотки 9 возбуждения магнитного поля, составляющей вместе с магнитопроводом 10 формирователь И магнитного поля. Между другим выводом обмотки 9 возбуждения магнитного поля и общей точкой устройства включен резистор 12. К точке соединения обмотки 9 и резистора 12 под,соединены второе сравнивающее устроЙ7 ство 13, выход которого подключен к устройству 4 управления-генератора, и дополнительная схема 1 управления, своим выходом подключенная к управляемому делителю 5 напряжения. - Устройство работает следующим образом., В момент его включения начинается измерительный полупериод: на выходе устройства управления генератора появляется отрицательное напряжение - OQ, поступающее на вход упр вляемого делителя 5 напряжения. С его выхода часть напряжения -aUg, где коэффициент деления, поступает на вход интегратора 6. На его выходе напряжение U- начинает линейп- 0 , вырастать: б постоянная времени интегратора 6. На выходе усилителя мощности 7 появляется пропорциональный этому напряжению .ток CiUoKptКо i,.c.UoK,t, где к.г гсопЫ:-, Кр - коэффициент преобразования усилителя мощности 7. Этот ток протекает в обмотке 9 формирователя 11 магнитного поля, возбуждая магнитное поле такой же формы. Скорость изменения индукции магнитного поля BQ пропорциональна скорости изменения тока и-. где С const. Сигнал на электродах датчика 1, а также на выходе усилителя сигнала дат.чика 2 тоже линейно растет по абсолютной величине. Абсолютную величину сигнала на выходе усилителя 2 можно выразить как , где Кп коэффициент усиления усили , d - расстояние между электродами, .. V - скорость потока жидкости. Если подставить значение BQ , то получим Kodc-aUpK V-t. Абсолютная величина напряжения, поступающе на первое сравнивающее устройство 3 с управляемого делителя напряжения 5 равная aUo,является опорным уровнем В момент равенства 1 aUg сравниваю щее устройство 3 срабатывает, воздей ствуя на устройство 7 управления и переключая его. Начинается обратный ,,„I полупериод. На выходе устройства Ч у равления появляется напряжение W-, гО на выходе делителя 5 напряжеГ ние + aUo , напряжениена выходе интегратора 6 начинает линейно убывать Убывает также ток i1-, а вместе с ним и падение напряжения резис торе 12, которое равно К (jK-jV t. В момент равенства О срабатывает второе сравнивающее устройство 13 которое воздействует на устройство 4 управления переключая вновь ее в измерительный полупериод. Проболжительность измерительного полупериода можно выразить из равенства 1 aUg следующим образом: K -dC-K, . Напряжение на резисторе 12 равно Я-С1Оо ,U,l R0 oЧ м к;;;Эc ... Продолжительность одного периода колебания тока равно где А consi, -d-CK;j при этом выходная частота - :-AV I I Пусть линейное преобразование расхода, а тем самым, скорость потока V в частоту f производится с минимальной погрешностью в некотором диапазоне токов возбуждения магнитного поля, при значениях которых про ««ДИ срабатывание первого сравниБающего устройства 3 , i тгпаУ Это соответствует оптимальному диапазону напряжений на резисторе PlLnn --(.. Если скорость потока изменится настолько, что Ц(цокажется за пределами оптимального диапазона, то появится нелинейность, а также вырастет погрешность преобразования. Чтобы этого не произошло,. введена дополнительная схема 1 управления. Если в каком-то из периодов 4. u-fautrjin / Jiaumclx она срабатывает, воздействуя на управляющий вход делителя напряжения. Т коэффициент а изменяется, i- lUmin ° коэффициент а вырастает в п раз. При этом, соответственно, в п раз возрастает CKOpaqTb изменения тока возбужде. СЗ-1Л ..-X и опорный уровень срабаты -свания первого сравнивающего устоойст„ , ./ ., а щс. yi.iMUMui ва 3. Коэффициент преобразования А -,--,. м fскорости потока V в частоту при j ( этом остается неизменным, но ток воз., 1игч Ц а тем самым, и напряжение , , при которых происходит срабатывание первого сравнивающего устройства 3 возрастают в п раз. Чтобы схема такого расходомера работала стабильно, должно соблюдаться неравенство10.ишс« imcw Если в каком-то периоде окажется что ( о а уменьшается в п раз. Тогда при неизменном коэффициенте преобразования А напряение ЦоО °к 5 7 Р которых происходит срабатывание первого сравнивающего устройства 3.. уменьшается п раз. Таких переключений коэффициента деления а может быть произведено столько, сколько имеется ступеней в управляемом делителе 5 напряжения. Если достигнуто а - А.и оказывается, что в каком-то периоде то дальнейшее переключение не производится. Переключение не производитс и в том елечае, если достигну о а (И при этом оказывается, что Электромагнитный расходомер с час тотным выходом позволяет значительно увеличть диапазон линейного преобразования скоростей потоков в частоту f,производимого с минимальной погрешностью. Так пусть при отсутствии дополнительной схемы управления оптимальный диапазон скоростей потока, соответствующий оптимальному пазону ( (j , будет тах min Тогда при одном изменении выходного напряжения управ ляемого делителя напряжения в п раз диапазон скоростей потока соответствующий тому же диапазону l lUtn - IUmcty увеличится в г раз. Если же таких изменений будет произведено I, то диапазон скоростей потока V. увеличится в п-1 раз. В том случае, когда отно lau vnttx не менее 1U tnin Ц, достаточно 2-3 переключений управ ляемого делителя напряжения, чтобы обеспечить J2r:L . формула изобретенияЭлектромагнитный расходомер с час тотным выходом, содержащий датчик. усилитель сигнала датчика, обмотку возбуждения магнитного поля, генератор тока треугольной формы, два сравнивающих устройства, устройство уп- . равления генератором и резистор, причем датчик через усилитель сигнала датчика подключен к входу первого сравнивающего устройства, первый конец обмотки возбуждения магнитного поля подсоединен к выходу генератора тока треугольной формы, второй ее конец подсоединен к первому концу резистора и входу второго сравнивающего устройства, второй конец резистора подсоединен к общей точке расходомера, а выходы обоих сравнивающих устройств через устройство управления генератором подсоединены к управляющему входу генератора тока треугольной формы, отличающийся тем, что, с целью увеличения диней ности и точности измерения, он снабжен дополнительной схемой управления, генератор тока треугольной формы выг полнен в виде последовательно включенных управляемого делителя напряжения, интегратора и усилителя мощности, причем второй конец обмотки возбуждения магнитного поля через дополнительную схему управления соеди-. нен с первым управляющим входом управляемого делителя напряжения, второй вход которого соединен с устройством управления генератором, а выход управляемого делителя напряжения соединен с первым сравнивающим устройством. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3260109, кл. 73-19 ЕМ, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 F 1/58, 197 (прототип).