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

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР С ЧАСТОТНЫМ

1

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

Известны электромагнитные расходомеры с частотным выходом с компенсационной схемой преобразования сигнала в частоту, которые содержат два канала преобразования, в каждом из которых имеется фазовый детектор, преобразователь напряжение - частота и преобразователь частота - напряжение с соответствующими фильтрами 1.

Схемы таких расходомеров сложны. Они возбуждаются промышленной частотой, поэтому для возбуждения требуется значительная мощность и возникает трансформаторная помеха, для подавления которой необходим дополнительный канал преобразования.

Известны также электромагнитные расходомеры с частотным выходом, содержащие последовательно соединенные датчик, усилитель сигнала датчика и первое сравнивающее устройство, а также второе сравниваюВЫХОДОМ

щее устройство, причем к выходам обоих сравнивающих устройств присоединено устройство управления генератором, подключенные к его выходу последовательно соединенные генератор тока треугольной формы,

5 катущка формирователя магнитного поля и первый вывод резистора, второй вывод которого соединен с общей точкой расходомера, а точка соединения резистора и катущки формирователя магнитного поля соединена с входом второго сравнивающего устройст ° на 2.

Основным недостатком известных расходомеров является низкая помехозащищенность при интенсивной флюктуации электрод15 Ных потенциалов и вызванная этим низкая точность измерения. Для электромагнитных расходомеров с линейно изменяющимся магнитным полем нестабильность электродных потенциалов является основной помехой, вызывающей дополнительную погрещность

измерения. В известных расходомерах значение разности электродных потенциалов запоминается в Начале каждого измерительного полупериода и предполагается неизменным в течение всего полупериода. Однако

при повышенной температуре или кислотности измеряемой среды и ее загрязненности при измерении расхода различных агрессивных жидкостей флюктуации электродных потенциалов оказываются особенно интенсивными. Величина этих флюктуации ощутима в течение измерительного полупериода и вызывает дополнительную погрешность измерения расхода.

Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости и повышение точности измерения расхода.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержаш,ий датчик, усилитель сигНала датчика, первое и второе сравнивающие устройства, генератор тока треугольной формы, устройство управления генератором, катущку формирователя магнитного поля и резистор, причем выход датчика соединен с входом усилителя сигнала датчика, к выходу первого сравнивающего устройства подсоединены последовательно соединенные устройство управления генератором генератор тока треугольной формы, катушка формирователя магнитного поля и первый вывод резистора, второй вывод которого подсоединен к общей точке расходомера, а точка соединения резистора и катушки формирователя магнитного поля соединена с входом второго сравнивающего устройства, введены формирователь управляющих импульсов, ключ, запоминающее устройство и сумматор, причем выход второго сравнивающего устройства через формирователь управляющих импульсов подсоединен к управляющему входу ключа, выход усилителя сигнала датчика подсоединен к первому входу сумматора и через последовательно соединенные ключ и запоминающее устройство ко второму входу сумматора, выход которого подсоединен ко входу первого сравнивающего устройства, а вход опорного Напряжения первого сравнивающего устройства соединен с выходо.м устройства управления генератором.

На чертеже приведена блок-схема расходомера.

Расходомер состоит из датчика 1, электроды которого подключены к усилителю 2 сигнала датчика. Выход последнего подсоединен к неинвертирующему входу сумматора 3 и через ключ 4 к входу запоминающего устройства 5, выход которого подключен к инвертирующему входу сумматора 3. Выход сумматора 3 соединен с входом первого сравнивающего устройства 6, выход которого подключен к входу устройства управления генератором 7, а входом опорного Напряжения - к его выходу, куда подсоединен также вход генератора 8 тока треугольной формы. К выходу генератора 8 подключено последовательное соединение ка1ушки формирователя 9 магнитного поля и резистора 10. Точка соединения катущки формирователя 9 и резистора 10 соединена

с входом второго сравнивающего устройства 11, выход которого подключен к формирователю 12 управляющих импульсов. Выход последнего подсоединен к управляющему входу ключа 4.

Устройство работает следующим образом.

В полупериоде роста тока возбуждения на выходе генератора тока треугольной

0 формы 8 ток возрастает с определенного отрицательного значения и в некоторый момент становится равным Нулю. При этом падение напряжения на резисторе 10 также становится равным Нулю и срабатывает второе сравнивающее устройство 11. В момент его срабатывания на выходе формирователя 12 управляющих импульсов формируется импульс длительностью Тд,замыкающий ключ 4. На запоминающее устройство 5 при этом поступает напряжение Ujo с выхода усилителя

2 сигнала датчика, которое пропорционально напряжению на электродах датчика в данный момент. Так как в момент равенства Нулю тока в катушке формирователя 9 магнитного поля равна нулю и индукция магнитного поля в активной зоне датчика, то полезный сигнал на электродах датчика отсутствует, и напряжение UZQ , поступающее на запоминающее устройство 5, пропорционально разности электрических потенциалов AUjB данный момент времени. В момент окоНча0 ния импульса На выходе формирователя 12 ключ 4 размыкается и запоминающим устройством 5 запоминается напряжение . Длительность импульса формирователя 12 должна удовлетворять условию V(I-2)-10 Т/2, где Т - период изменения тока возбуждения. В сумматоре 3 напряжение вычитается из выходного сигнала Uj усилителя 2. Таким образом, на выходе сумматора 3 присутствует напряжение U 1)2 - U2o пропорциональное лищь полезному сигналу

д датчика, если предполагать, что разность электродных потенциалов в течение четверти периода неизменна. При дальнейщем возрастании тока на выходе генератора 8 ток магнитное поле и полезный сигнал датчика становятся положительными. В тот момент,

5 когда Uj становится равным значению +(,, срабатывает первое сравнивающее устройство 6, воздействуя на устройство 7 управления генератором. На его выходе появляется Напряжение - ЕО, поступающее на вход .. опорного напряжения первого сравнивающего устройства 6 и вход генератора 8 тока треугольной формы. Направление изменения тока На выходе последнего меняется. Ток начинает убывать. В момент его равенства Нулю опять срабатывает второе сравнивающее

5 устройство 11, на выходе формирователя 12 формируется импульс управления ключом 4 и на запоминающем устройстве 5 запоминается Напряжение, пропорциональное ДУэ в этот момент.

Когда ток на выходе генератора 8 становится отрицательным, отрицательным становится и напряжение Uj йа выходе сумматора 3, пропорциональное полезному сигналу датчика 1. При равенстве Uj -Ео срабатывает первое сравнивающее устройство 6, вновь переключая устройство управления генератором 7.

Один полупериод длится, пока значение Напряжения Uj изменится от -Ео до +Ео или наоборот, т. е. на величину 2/Ео/. Напряжение пропорционально полезному сигналу датчика Uj Kc Во Vt, где Кс - коэффициент пропорциональности, учитывающий расстояние между электродами датчика 1, коэффициент усиления усилителя 2 и коэффициент передачи сумматора 3; Во - скорость изменения индукции магнитного поля, V - измеряемая скорость потока жидкости. В свою очередь, Во Км IB , где Км const; IB- скорость изменения тока возбуждения, которая пропорциональна абсолютной величине напряжения Eg на выходе схемы 7 управления Г KY /ЕО/, где KY const. Таким образом, для Uj справедливо выражение

Uj К.- Kw-Ky/E /Vt

Подставив в это уравнение U 2/Ео/ и t Т/2, получают выражение для периода изменения тока возбуждения, равного периоду выходного сигнала устройства: Т 4/Кс Кц KyV, а выходная частота равна

,-К.-КУ-У КО-У (Ко const).

Таким образом, выходная частота пропорциональна скорости потока жидкости.

Предлагаемое устройство позволяет эффективнее бороться с помехой, вызванной нестабильностью электродных потенциалов. С момента запоминания напряжения, пропорционального разности электродных потенциалов до момента срабатывания первого сравнивающего устройства проходит только четверть периода. Электродные процессы обладают ийфранизкочастотным спектром. Даже при низкой частоте изменения тока возбуждения, составляющей единицы или десятки герц, эта частота значительно выще частоты изменения электродных процессов. Поэтому даже при интенсивных электродных процессах разность электродных потенциалов AUj в течение одного периода изменения тока возбуждения меняется в одном направлейии. Следовательно, даже в том случае, когда изменение ли ощутимо в течение Т/4 вызванные им дополнительные

погрещности определения полупериодов роста и убывания тока возбуждения будут противоположных знаков и суммарная погрешность определения периода будет значительно меньще любой из ее составляющих. Таким образом, предлагаемое устройство подавляет помеху, вызванную нестабильностью электродных потенциалов и, тем самым, обеспечивает повышение точности измерения расхода.

Формула изобретения

Электромагнитный расходомер с частотным выходом, содержащий датчик, усилитель сигнала датчика, первое и второе сравнивающие устройства, генератор тока треугольной формы, устройство управления генератором, катушку формирователя магнитного поля и резистор, причем выход датчика

0 соединен с входом усилителя сигнала датчика, к выходу первого сравнивающего устройства подсоединены последовательно соединенные устройство управления генератором, генератор тока треугольной формы, катушка формирователя магнитного поля и первый вывод резистора, второй вывод которого подсоединен к обшей точке расходомера, а точка соединения резистора и катушки формирователя магнитного поля соединена с входом второго сравнивающего уст- ройства, отличающийся тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости и точности измерения, в него введены формирователь управляющих импульсов, ключ, запоминающее устройство и сумматор, причем выход второго сравнивающего устройства через

5 формирователь управляющих импульсов подсоединен к управляющему входу ключа, выход усилителя сигнала датчика подсоединен к первому входу сумматора и через последовательно соединенные ключ и запоминающее устройство ко второму входу сумматора, выход которого подсоединен к входу первого сравнивающего устройства, а вход опорного напряжения первого сравнивающего устройства соединен с выходом устройства управления генератором.

5Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3260109, кл. 73-194, 1966.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 546781, кл. G 01 F 1/58, 1974 (прототип).