Кондукционный электромагнитный расходомер

 

КОНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий магнитную систему с катушками возбуждения , два усилителя и участок трубопровода с установленными на нем диаметрально противоположно основными электродами, подключенными к входу первого усилителя, и дополнительными электродами, установленными на образующих трубопровода, проходящих через основные электроды , и подключенными к входу второго усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения дрейфа нуля, он снабжен генератором , интегратором, коммутаторами 2 1 и 1 2 с блоком управле: ВСЕСОЮШДЯ. EATESfTlfl- TEXftHqECbAS 5И6Л«ОТЕ и ния коммутаторами, аналого-цифровым преобразователем, двумя блоками управления знаком, двумя блоками памяти , двумя сумматорами, делительным устройством, блоком вычисления и регистрации и усилителем мощности, причем основной выход генератора через усилитель мощности подключен к катушкам возбуждения, первый управляющий выход генератора подклю чен к управляющим входам интегратора , блоков управления знаком и делительного устройства, второй управляющий выход генератора подключен к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя и сумматоров, выход первого усилителя подключен (Я к первому входу коммутатора 2-1 , выход второго усилптеля через интегратор подключен к второму входу коммутатора 2 1, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом коммутатора 1 2, каждьй из выходов которого через последовательно соединенные блок управления знаком, блок памя м ти и сумматор подключен к входам делительного устройства, выход которого соединен с блоком вычислеN9 ния и регистрации, управляющий выход - с дополнительными входами сум: маторов, а управляющий выход аналого-цифрового преобразователя через блок управления коммутаторами соединен с управляющими входами коммутаторов .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) зcs>> С 01 F 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3619413/18-10 (22) 21 .04 . 83 (46) 30.09.84. Бюл. № 36 (72) Г.Х. Кирштейн, Г.Г. Гуревич, Ю.Б. Капишников и А.Б. Иикоелов (71) Специальное конструкторское бюро магнитной гидродинамики Института физики АН Латв. ССР (53) 681. 12:538.52(088.8) (56) i . гроссман Я.П. Электромагнитный расходомер крови с трапецеидальным магнитнь;м полем. Сб. материалов к Таллинскому совещанию по электромагнитным расходомерам1 вып. 1, Таллин, 197 1 .

2. Авторское свидетельство СССР № 697823, кл. G О1 F 1/56, 1978 (прототип). (54)(57) КОНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий магнитную систему с катушками возбуждения, два усилителя и участок трубопровода с установленными на нем диаметрально противоположно основными электродами, подключенными к входу первого усилителя, и дополнительными электродами, установленными на образующих трубопровода, проходящих через основные электроды, и подключенными к входу второго усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения дрейфа нуля, он снабжен генератором, интегратором, коммутаторами

"2 1" и "1 2" с блоком управления коммутаторами, аналого-цифровым преобразователем, двумя блоками управления знаком, двумя блоками памяти, двумя сумматорами, делительным устройством, блоком вычисления и регистрации и усилителем мощности, причем основной выход генератора через усилитель мощности подключен к катушкам возбуждения, первый управляющий выход генератора подклю— чен к управляющим входам интегратора, блоков управления знаком и делительного устройства, второй управляющий выход генератора подключен к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя и сумматоров, выход первого усилителя подключен

1t к первому входу коммутатора 2 ° 1 выход второго усил::теля через интегратор подключен к второму входу коммутатора "2 1", выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом коммутатора

"1 2", каждый из выходов которого через последовательно соединенные блок управления знаком, блок памяти и сумматор подключен к входам делительного устройства, выход которого соединен с блоком вычисления и регистрации, управляющий выход — с дополнительными входами сум-. маторов, а управляющий выход аналого-цифрового преобразователя через блок управления коммутаторами соединен с управляющими входами коммутаторов.

1 1116320

Изобретение относится к измерению расхода электропроводящих жидкостей электромагнитным методом.

Известен электромагнитный расходомер с трапецеидальным магнитным полем возбуждения, содержащий магнитную систему, участок трубопровода с электродами и измерительную схему 11) .

В данном расходомере трансформаторная ЭДС и помеха из-за емкостной связи электродов с магнитной системой, являющиеся причинами дрейфа нуля расходомера, в значитель ной степени локализованы во време ни. Это позволяет путем измерения сигнала расхода в те промежутки вре-! мени, когда их влияние практически отсутствует, существенно снизить дрейф нуля расходомера. Однако этот 2р расходомер требует проливной градуировки и показания его зависят от нестабильности магнитного поля преобразователя расхода.

Известен также кондукционный 25 электромагнитный расходомер, содержащий магнитную систему с катушками возбуждения, питаемую синусоидальным током, два усилителя и участок трубопровода с установленными на нем диаметрально противоположно основными электродами, подключенными к входу первого усилителя, и дополнительными электродами, установленными на образующих трубопрово-.

35 да, проходящих через основные электроды, и подключенными к входу второго усилителя, и схему обработки сигналов усилителей. Известный расходомер позволяет измерять расход без проливной градуировки и обладает стабильной крутизной градуировочной характеристики, так как его показания независимы от нестабильности магнитного поля преобразователя 45 расхода (2) .

Недостатком известного расходомера является сложность отделения синфазной помехи от сигнала расхода. Поскольку синфазная составляю50 щая помеха нестабильна, то в извест" ном расходомере весьма затруднительно уменьшить дрейф нуля. к входу первого усилителя. и допол!

О нительными электродами, установленЦель изобретения — повышение точности измерения расходомера с 55 рассчитываемой градуировочной характеристикой путем уменьшения дрейфа нуля.

Поставленная цель достигается. тем, что кондукционный электромагнитный расхопомер. содержащий.магнитную систему с катушками возбуждения, два усилителя и участок трубопровода с установленными на нем диаметрально противоположно основными электродами, подключенными ными на образующих трубопровода, проходящих через основные электроды. и подключенными .к входу второго усилителя, снабжен генератором, интегратором, коммутаторами "2 1". и "1 ° 2" с блоком управления коммутаторами, аналого-цифровым преобразователем, двумя блоками управления знаком, двумя блоками памяти, двумя сумматорами, делительным устройством. блоком вычисления и регистрации и усилителем мощности, причем основной выход генератора через усилитель мощности подключен к катушкам возбуждения, первый управляющий выход генератора подключен к управляющим входам интегратора, блоков управления. знаком и делительного устройства, второй управляющий выход генератора подключен к управляющим входам аналогоцифрового преобразователя и сумматоров, выход первого усилителя подключен к первому входу коммутатора

"2 1", выход второго усилителя через интегратор подключен к второму входу коммутатора "2 !", выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом коммутатора "1 2", каждый из выходов которого через последовательно соединенные блок управления знаком, блок памяти и сумматор подключен к входам делительного устройства, выход которого соединен с блоком вычисления и регистрации, управляющий выход — с дополнительными входами сумматоров, а управляющий выход аналого-цифрового преобразователя через блок управления коммутаторами соединен с управляющими входами коммутаторов.

На фиг. 1 схематически приведена магнитная система рдсходомера; на фиг. 2 — блок-схема расходомера.

Кондукционный электромагнитный расходомер содержит магнитную систему 1 .с катушками возбуждения 2, з 1 участок трубопровода 3 с установленными на .нем диаметрально противоположно основными электродами 4 для снятия скоростного сигнала и дополнительными электродами. 5 для снятия вихревого сигнала, расположенными по образующим трубопровода

3, проходящим через основные электроды 4, соответствующие усилители скоростного сигнала 6 и вихревого сигнала 7,. генератор 8, основной выход которого, обеспечивающий получение напряжения трапецеидальной формы, подключен через усилитель мощности 9 к катушкам возбуждения 2 магнитной системы 1, а первый уп— равляющий выход — к управляющему входу интегратора 10; вход интеграто— ра 10 подсоединен к усилителю 7 вихревого сигнала, выход усилителя 6 скоростного сигнала и выход интегратора 10 подсоединены к коммутатору

11 "2 !", выход которого через аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

12 соединен с коммутатором 13

"1 2". К управляющим входам обоих коммутаторов 11 и 13 подключен блок !

4 управления коммутаторами. Выходы коммутатора 13 подсоединены соответственно к блоку 15 управления знаком сигнала расхода и блоку 16 управления знаком вихревого сигнала.

Каждый из блоков .15 и 16 соединен с соответствующим блоком памяти . 17 и 18, выходы которых через соответствующие сумматоры 19 и 20 соединены с входами делительного устройства 21, выход которого соединен с блоком 22 вычисления и регистрации.

Второй управляющий выход генератора 8 соединен с АЦП 12 и каждым из сумматоров 19 и 20, первый управ в . ляющий выход генератора 8 соединен, кроме того, с каждым из блоков 15 и 16 управления знаком сигнала расхода и управления знаком вихревого сигнала, а также с делительным устройством. Управляющий выход делительного устройства 21 соединен скаждым сумматором !9 и 20.

Принцип работы расходомера основан на следующем.

При любом законе изменения магнитного поля преобразователя расхода справедливо соотношение

U,(t)-н„(4)= —, u, ®й, ()

1р (2) 40 где Я

116320 4 где U (t) — сигнал с основных электродов 4;

u (t) — сигнал с дополнительных электродов 5;

5 V — средняя скорость жидкости; — начальный момент интегрирования сигнала с дополнительных электро10 дов; †.расстояние по образую щей между дополнительными электродами Э -(Э,, (Э5 — Э&) .

Из соотношения (1), в частности, следует, что постоянная составляю1

) 0 (t)dt равна- U (t ), Ec-! .! ч о о ли момент to совпадает с моментом перехода скоростного сигнала через нуль, т.е. U>(t ) = О, то соотношение (i) преобразуется в форму, поз-. воляющую осуществить измерение расхода путем сравнения сигнала с основных электродов 4 с сигналом, пропорциональным интегралу во времени от сигнала с дополнительных электродов 5.

Сигнал на выходе физически реализуемого интегратора

Ц() = м tl (t)dt, ь где g — характеристика интеграто35 ра 10, имеющая размерность частоты. Следовательно, при U„(t ) = О из (1) вытекает !ч И) 0(Ц (3)

= tx 66 — калибровочный расход, (S — площадь поперечного сечения участка трубопрово45 да 3).

Аналогичное соотношение получается при произвольных t, если sa U; принимать не весь сигнал на выходе интегратора, а только остающийся

50 после исключения постоянной составляющей.

Таким образом, можно получить расчетную характеристику и независимость выходного сигнала от нестабиль55 ности магнитного поля в преобразователе расхода при любой временной зависимости магнитного поля, в частности и при трапецеидальной .

5 11163

Одновременное стробирование сигналов U и U,, осуществляемое так, чтобы на устройство, реализующее их деление, поступали сигналы от части оснований трапеции и не поступали 5 сигналы в те интервалы времени, когда на основных электродах присутствует помеха, позволяет, не нарушая соотношения (3), обеспечивающего расчетную характеристику расходомера, !О значительно снизить дрейф нуля.

Генератор 8 формирует напряжение трапецеидальной формы П и управляющие напряжения Ug и U>, синхронизированные с напряжением U . Напря- 15 жение U поступает на усилитель мощ1 ности 9, к выходу которого подключены катушки возбуждения 2 магнитной системы 1 преобразователя расхода.

Под воздействием U через магнит- 20 ную систему протекает ток трапецеидальной формы, что обеспечивает трапецеидальное изменение во времени магнитного поля и соответственно сигнала расхода U, снимаемого 25 с основных электродов 4.

Сигнал U усиливается усилитеч лем 6, сигнал U усиливается усилителем 7, имеющими одинаковые коэффициенты усиления.

Напряжение с выхода усилителя 7 поступает на вход интегратора 10.

Выходное напряжение интегратора 10

Uq в моменты t положительных перепадов управляющего напряжения П2 принудительно устанавливается на нулевом уровне, что позволяет исключить влияние возможного дрейфа нуля интегратора 10. Фронты напряжения U, вырабатываемого генератором 8, приходятся на моменты времени, близкие к тем, когда сигнал расхода проходит через нуль.

Этим обеспечивается минимальная составляющая сигнала U на выходе интегратора.

Выходное напряжение усилителя 6

U и напряжение U поступают на входы коммутатора 11, поочередно подключающего их к входу АЦП 12.

Выходной сигнал АЦП подается на вход коммутатора 13, который осуществляет разделение выходного сигнала АЦП снова на два канала — расхода и вихревой.

Управление коммутаторами 11 и 13 осуществляется при помощи блока 14 управления коммутаторами, который

3S

20 вырабатывает. управляющие сигналы

U и 08 под воздействием сигнала гOTOBHOCTH АЦП U6 .

Введение коммутаторов 11 и 13 позволяет использовать одно АЦП, что исключает влияние на величину измеренного расхода нестабильности крутизны преобразования АЦП, повышая тем самым точность измерения.

АЦП преобразует сигналы, поступающие íà его вход,.в соответст вующие им коды только в интервалы времени, задаваемые напряжением

Б5, также вырабатываемым генератором 8.

Напряжение U разрешает преобразование сигналов U< и 05 с помощью

АЦП в течение каждого полупериода трапецеидальных напряжений олько на ограниченном интервале времени (t< t a t и t «c t a t ), когда эти напряжения постоянны. Интервалы Сл - t и t3 — t4 выбираются такими, чтобы действие трансформаторной помехи с учетом всех реальных переходных процессов уже прекращалось. Тем самым в сигналах, прошедших АЦП, практически отсутствует трансформаторная помеха. Поэтому исключается нестабильность нуля расходомера, обусловленная в значительной мере этим фактором.

Сигналы с выходов коммутатора 13 поступают на блоки управления знаком сигнала расхода 15 и вихревого сигнала 16. Блоки 15 и 16 под воздействием управляющего напряжения U2 меняют знак поступающих на них сигналов на противоположный в отрицательные полупериоды напряжения U .

Сигналы с выходов блоков 15 и 16 управления знаком подаются на входы блоков памяти 17 и 18, обеспечивающих запоминание одинакОвого количества преобразований АЦП в каждом иэ каналов. Необходимость блоков памяти обусловлена тем, что

АЦП за время своей работы в течение интервала t< — tZ (t > — й„) может дать отличающееся на единицу количество отсчетов в каждом из каналов, что может нарушить соотноше,ние их коэффициентов преобразования и явиться погрешностью измерения.

Задние фронты управляющих импульсов U5 в моменты t и t разрешают суммирбвание сумматорами

19 и 20 информации, содержащейся в блоках памяти 17 и 18.

Благодаря наличию блоков управления знаком 15 и 16 сигнал на выходе сумматора 19 оказывается пропорциональным модулю разности Ь 0 постоянных уровней напряжения на выходе усилителя 6, а на выходе сумматора 20 — пропорциональным разности Ь Б4 постоянных уровней на выходе интегратора 10.

Величин i Ug пропорциональна сигналу расхода Uy, а величина Ь U4 как следует из (1), пропорциональна

Таким образом, блок 16 управления знаком позволяет исключить из сигнала на выходе интегратора 10 постоянную составляющую, которая может появляться из-за неидеальной синхронизации фронтов управляющего напряжения 132 с моментами перехода сигнала расхода через нулевое значение. Одновременно блоки 15 и 16

1116320 исключают дрейф нуля на выходе АцП, проявляющийся в виде медленно ме1 няющейся подставки в его выходном сигнале, практически постоянной за период колебаний магнитного поля в преобразователе расхода.

Сигналы с сумматоров 19 и 20 поступают на входы делитепя 21, который под воздействием положительных перепадов управляющего напряжения 02 один раз за период изменения магнитного поля осуществляет деление скоростного сигнала на сигнал вихревого канала. Ло окончании деления делитель 21 вырабатывает управляющий сигнал U, осуществляющий сброс на нулевое значение сумматоров 19 и 20.

Сигнал с выхода делителя 21 поступает на блок вычисления и регистрации 22, который осуществляет умножение отношения сигналов на Я т.е. окончательное вычисление расхода.

Изобретение позволяет повысить точность измерения расходомера с рассчитываемой градуировочной характеристикой путем уменьшения дрейфа нуля. фиг.!

ВНИИПИ Заказ 6918/33 Тираж 609 Подднсное

Филиал ППП ЧХатвмт", г.Ужгород, ул.Проектная, 4