Электромагнитный расходомер с частотным выходом

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, содержащий соединенные последовательно датчик и усилитель сигнала датчика, формирователь магнитного поля, подключенный к генератору тока треугольной формы, триггерное устройство, к входам которого подключены выходы основной и дополнительной схем сравнения , источник опорного напряжения и имитатор полезного сигнала датчика , причем основная схема сравнениявыполнена из последовательно соединенных порогового устройства и трехвходового суммирующего усилителя, к первому входу которого подключен выход источника опорного напряжения, к второму входу - и.1Итaтop полезного сигнала датчика, а к выходу вход порогового устройства, выход триггерного устройства соединен с входом источника опорного напряжения и входом генератора тока треугольной форг/1ы, дополнительные выходы которого .соединены с имитатором полезного сигнала датчика и дополнительной схемой сравнения, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости обслуживания расходомера и повышения достоверности измерения за счет автоматической калибровки, он снабжен тремя ключами, тремя суммирующими счетчиками импульсов, двумявычитающими счетчиками импульсов, генератором стабильной частоты, делителем частоты, жду11им мультивибратором, регистром, устройством внешнего запуска и Формирователем, причем выход усилителя сигнала датчика подсоединен к третьему, входу суммирующего усилителя через первый ключ, выход дополнительной схемы сравне-ния подключен к входу ждущего мультивибратора , первому входу формирователя и через третий суммирующий счетчик импульсов - к второму входу формирователя, выход которого соединен с управляющими входами пер (Л вого, второго и третьего ключей и сбросовым входом первого сумлирующего счетчика импульсов, генератор стабильной частоты соединен со счетными входами первого и второго вычитающих счетчиков импульсов и через последовательно соединенные делитель частоты и второй ключ - со счетным входом первого суммирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого вычитаюИ щего счетчика импульсов, выход коИ торого соединен с собственным вхосо дом записи и счетным входом второго сум 1ирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого через регистр соединены с информационными входами зторого вычитающего счетчика импульсов, выход которого соединен с собственным входом запи си и с выходом расходомера, выход ждущего мультивибратора соединен со сбросовым входом второго суммирующего счетчика импульсов и через третий ключ - с тактовым входом регистра , а третий вход формирователя соединен с устройством внешнего запуска .

СВОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ц511 0 01 F 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3649803/24-10 (22) 04.10.83 .(46) 07.10,84, Бюл. Р 37 (72) И.-А,A.Âèðáàëèc и Б.И.КРишчюнас (71 ) Каунасский политехнический институт им, Антанаса Снечкуса и Каунасское территориальное управление водоснабжения и канализации (53) 681,12 (088.8) (56) 1,Авторское свидетельство СССР

Р 546781, кл. 0 01 F 1/58, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 802789, кл. 0 01 Е 1/58,1981 (прототип). (54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, содержащий соединенные последовательно датчик и усилитель сигнала датчика, формирователь магнитного поля, подключенный к генератору тока треугольной формы, триггерное устройство, к входам которого подключены выходы основной и дополнительной схем сравнения, источник опорного напряжения и имитатор полезного сигнала датчика, причем основная схема сравнения. выполнена из последовательно соединенных порогового устройства и трехвходового суммирующего усилителя, к первому входу которого подключен выход источника опорного напряжения, к второму входу — имитатор полезного сигнала датчика, а к выходу вход порогового устройства, выход триггерного устройства соединен с входом источника опорного напряжения и входом генератора тока треугольной формы, дополнительные выходы которого, соединены с имитатором полезного сигнала датчика и дополнительной схемой сравнения, о тл и ч а и щ и и сятем,,что, с целью уменьшения трудоемкости обслуживания расходомера и повышения достоверности измерения эа счет авто„„80„„1117449 А матической калибровки, он снабжен тремя кличами, тремя суммирующими счетчи :ами импульсов, двумя вычптающими счетчиками импульсов, генератором стабильной частоты, делителем частоты, ждут им мультивибрато ом, регистром, устройством внешнего запуска и Формирователем, причем выход усилителя сигнала датчика подсоединен к третьему входу суммирующего усилителя через первый ключ, выход дополнительной схемы сравнения подключен к входу ждущего мультивибратора, первому входу формирователя и через третий суммирующий счетчик импульсов — к второму входу формирователя, выход которого соединен с управляющими входами первого, второго и третьего ключей и сбросовым входом первого суммирующего счетчика импульсов, генератор стабильной частоты соединен со счетными входами первого и второго вычитающих счетчиков импульсов и через последовательно соединенные делитель частоты и второй ключ — co счетным входом первого суммирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами первого вычитающего счетчика импульсов, выход которого соединен с собственным входом записи и счетным входом второго суммирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого чере3 регистр соединены с информационными входами зторого вычитающего счетчика импульсов, выход которого соединен с собственным входом записи и с выходом расходомера, выход „ ждущего мультивибратора соединен со сбросовым входом второго суммирующего счетчика импульсов и через третий клич — с тактовым входом регистра, а третий вход формиро дателя соединен с устройством внешнего запуска.

1117449

Изобретение относится к измерению расхода и количества жидкости

I электромагнитным методом, в частности измерению малых и знакоперемен= ных расходов, а также мультипликативно связанных с ними величин.

Из вестен:зле ктромаг нит ный расходомер с частотным выходом, в котором частота возбуждения равна. выходкой частоте, содержащий цатчик формирователь магнитного поля, усилитель сигнала датчика, генератор тока треугольной формы, основную и дополнительную схемы сравнения и схему управления генератором, выход которой подключен к входу генератора тока, а вход — к выходам сравнивающих устройств. Мощность возбуждения такого расходомера при сохранении чувствительности и заданной часTîòå минимальная по сравнению с любыми другими формами тока возбуждения (,13.

Недостатком известного расходомера является принципиальная невозможность измерения малых и энакопеременных расходов. Это связано с тем, что при очень малых расходах полезный сигнал датчика имеет малую амплитуду и эа измерительный полупериод не успевает достичь значения опорного напряжения, уменьшение которого недопустимо из-за помех, возникающих как в датчике, так и в линии передачи. При изменении направления потока жидкости р зность между полезным сигналом и опорным напряжением не уменьшается, а растет, и измерение прикципиально невозможно.. Известен также электромагнитный расходомер с частотным выходом„ со-" держащий соединенные последовательно датчик и усилитель сигнала,цаT чика, формирователь магнитного поля, подключенный к генератору тока треугольной формы, триггерное устройство, к входам которого годключены выходы основной и дополнительной схем сравнения, источник опорного напряжения и имитатор полезного сигнала датчика, причем основная „. схема выполнена из последовательно соединенных порогового устройства и трехвхбдового суммирующего усилителя, к первому входу которого под-ключен выход источника опорного напряжения, к второму входу — ими.-.атор полезного сигнала датчика, к третьему входу-- выход усилителя . сигнала датчика, а к выходу — вход порогового устройства, выход триггерного устройства соединен ". источником опорного напряжения и входом генератора тока треугольной формы, дополнительные выходы которо -o соединены с имитатором полезного с;:.г)5

2О

35 к (()

Д г =.

60 (Ъ,У нала датчика и до:волнительной схемой сравнения (21, Основным недостатком известного расходсмера является относительная сложность и трудоемкость его обслуживания. Поддержание заданной точности в процессе эксплуатации производится путем его периодической проверки и калибровки при помощи расходомерного стенда и. и имитатора сигнала. 1 ля этого необходимо периодически нли при каждом появлении подозрений в достоверности проводимых измерений прекратить процесс измерения, перекрыть поток жидкости через датчик, либо каким-либо образом отключить или занулить полезный сигнал на выходе усилителя сигнала датчика и затем произвести, как минимум, 3-5 измерений выходного сигнала прибора. 1 езультаты этих измерений,цолжны соответствовать „ частоте < . При необходимости следует, изменяя ка:<ой-либо параметр

1 например, крутизну изменения тока или опорное напряжение), установить показания, соответствующие значению 1 . Для повышения достоверкости такую операцию следует повторить несколько раз.

Цель изобретения . — уменьшение трудоемкости обслуживания расходомера и повышение достоверности измерения за счет автоматической калибровки,, Указанная цель достигается тем, что электромагнитный расходомер, содержащий соединенные последовательно,цатчик и усилитель сигнала датчика, формирователь магнитного поля, подключенный к генератору тока треугольной форм.r„ триггерное устройство,. к входам которого подключены выходы основной и дополнительной схем сравнения, источник опорного напряжения и имитатор полезного сигнала датчика, причем основная схема сравнения выполнена из последовательно соединенных порогового устройства и трехвходового суммирующего усилителя, к первому входу которого подключен выход источника опор-. ного напряжения, к второму входу имитатор полезного сигнала датчика, а к выходу — вход порогового устройства,, выход триггерного устройства соединен с =-.õoäîì источника опорного напряжения и входом генератора тока треугольной формы, дополнительные выходы которого соединены с имитатором полезного сигнала датчика и дополнительной схемой сравнения, снабжен тремя кличами, тремя суммирующими счетчиками импульсов, двумя вычитающими счетчиками:-.. мпульсов, генератором стабильной частоты, делителем частоты, ждущим мультивибратором, регистром, устройством внешнего запуска и формирова1117449 телем, причем выход усилителя сигна-. ла датчика подсоединен к третьеглу входу суммирующего усилителя через первый ключ, выход дополнительной схемы сравнения подключен к входу ждущего мультинибратора, первоглу входу формирователя и через третий суммирующий счетчик импульсов — к второму входу формиронателя, выход которого соединен с управляющими входами перного, второго и третьего ключей и сбросовым входом первого суммирующего счетчика иглпульсов, генератор стабильной частоты соединен со счетными входами первого и второго вычитающих счетчиков импульсов и через последовательно соединенные делитель частоты и второй ключ — co счетным входом первого суммируюцего счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами перного вычитающего счетчика импульсов, сигнальный выход которого соединен .с собственным входом записи и счетным входом второго суммирующего счетчика импульсов, информационные выходы которого через регистр соединены с информационными входами второго ВЫчитающего счетчика импульсов, сигнальный выход которого соединен с собственным входогл записи и с вы- д ходом расходомера, выход ждуцего мультивибратора соединен со сбросовым входом второго суглмирующего . счетчика импульсов и через третий ключ — с тактовым входом регистра, .а третий вход формирователя соединен с устройством внешнего запуска.

На чертеже представлена структурная схема расходомера.

Расходомер состоит из датчика 1, к электродам которого подключен уси- 4О литель 2 сигнала датчика. Выход последнего через первый ключ 3 подсоединен к третьему входу суммирующего усилителя 4, первый вход которого подключен к выходу источника 5 опор- 45 ного напряжения, выполненного в ниде обмотки, размещенной поверх об мотки возбуждения формирс нателя б магнитного поля, второй вход суммирующего усилителя 4 подключен к ими- 50 татору 7 полезного сигнала, а выход — к пороговому устройству 8, Выходы порогового устройства 8 и дополнительной схемы 9 сравнения подключены к триггерному устройству 10 55 выход которого соединен с входом генератора 11 тока треугольной фор ,мы. Первый вход формирователя 12 и вход ждущего мультивибратора 13 подключены к выходу дополнительной схе- 60 мы 9 сравнения,а выход формировате= ля 12 соединен с управляющими входами первого З,второго 14 и третьего 15 ключей и сбросовым входом первого суммирующего счетчика 1б импУльсов, счетный в.;од которого соединен через ключ 14 с выходом делителя 17 частоты, а информационные выходы с информационными входами первого нычитающего счетчика 18 импульсов.

Вход делителя 17 нместе со счетными входами счетчика 18 и второго вычитающего счетчика 19 импульсов подключены к выходу генератора 20 стабильной частоты. Выход счетчика 18 подключен к .собственному входу записи и к счетному входу второго суммирующего счетчика 21 импульсов, информационные выходы которого соединены с информационными входами регистра 22. Информационные выходы последнего соединены с информационными входаии счетчика 19, выход которого соединен с выходом устройства и с собстненным нходом записи. Выход ждущего мультивибратора 13 подключен к сбросоному входу счетчика 21 и через ключ 15 к тактовому входу регистра, третий вход формирователя 12 соединен с выходом устройства 23 внешнего запуска, а второй вход — с выходом третьего суммирующего счетчика 24 импульсов, вход которого соединен с выходом дополнительной схемы 9 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

В случае, когда ключ 3 замкнут, н части схемы, состоящей из датчи-, ка. 1, усилителей .2 и 4, источника 5 опорного напряжения, порогового устройства 8, имитатора 7, схемы 9 сравнения, триггерного устройства,10, генератора 11 и формирователя 6, происходит периодический процесс, аналогичный происходящему в известном устройстве. При этом частота изменения магнитного поля, равная частоте срабатываний порогового устройства 8 и схемы 9 сравнения, будет выражаться следующим образом:

f К Ч+Е о о где К„= cons<

k1 /-1 К

К и К вЂ” соответственно коэффициен2 ты пропорциональности сигнала имитатора и значения опорного напряжения;

1(= отношение между скоростями изменения магнитногo поля и обратном и прямом полупериодах

V — скорость потока жидкости через датчик 1.

Ключ 3 размыкается одновременно с размыканием ключа 15 и замыканиегл ключа 14 на время действия импульса на ныходе формиронателя 12. Формирователь 12 формирует управляющий

1117449 импульс на выходе при условии поступления импульса запуска с выхода, третьего суммирующего счетчика 24 импульсов или с устройства 23 внешнего запуска. Таким образом, автоматически устройство будет калибронаться раз н л,периодов (— емкость третьего суммирующего счетчика 24 импульсов ), а также каждый раз при воздействии устройства внешнего запуска. При этом начало упранляюще- 0

ro импульса совпадает с началом первого импульса с выхода дополнительной схемы 9 сравнения, пришедшего после появления импульса запуска, и продолжается один или несколько це-. лых периодон изменения магнитного поля. Так как дополнительная схема сравнения срабатывает н момент раненства магнитного поля в датчике нулю, то начало и конец управляюго импульса совпадает с таким моментом. Когда ключ 3 разомкнут, то на первый вход суммирующего усилителя 4 не поступает сигнал . Это равносильно равенству нулю сигнала на выходе усилителя 2, а, тем самым, равенству . = О. При этом частота срабатывания схемы 9 сраннения будет ранна Е, а период 7 = — " о Д()

Импульс на выходе формирователя 12 имеет продол>ителъность Г„ = ото ь -1,2,3,...) . Эа это время импуль 3 сами частотой, где f — час- З5

К 3 тота генератора 20.стабильной частоты, а t< — коэффициент деления делителя 17, с выхода делителя через ключ в счетчике 16 записывается число йо, равное

N = — 3 — ХТ nf, Это число хранится в счетчике 20 45 до прихода следующего управляющего импульса. Начало управляющего импуль са сбрасывает содержание счетчика 20 на нуль.

После окончания управляющего им- 56 пульса на выходе дополнительной схемы 9 сравнения опять поянляктся импульсы, частотой f= К„ U + f,, они ,поступают на ждущий мультинибратор 13.

,На выходе последнего н момент по- 55 ступления каждого импульса на вход формирователя поступает тактовый импульс, длительность которого меньше периода повторения выходных импульсов генератора 20 стабильной 60 частоты. Эти импульсы управляют работой счетчика 21 и регистра 22.

На счетный вход счетчика 21 поступают импульсы с выхода счетчика 18, появляющиеся в момент, когда

S его содержимое становится равным . нулю. Одновременно они поступают на, собственный вход записи и в счетР чик 18 записывается число, равное содержимому счетчика 16, Содержимое счетчика 1.8 непрерывно вычитается частотой Е, поэтому выходная частота счетчика 18, равная частоте записи счетчика 21, будет -3-, 9

1 о счетчике 21 содержимое последовательно накапливается до тех пор, пока не поступает тактовый импульс со ждущего мультивибратора 13. Своим передним фронтом он переписывает содержимое счетчика 16 н регистр 22, а задним фронтом сбрасывает содержимое счетчика 21 на нуль. При этом в счетчике 21 эа время между двумя тактовыми импульсами, равное цериоду, накапливается число re =

Tf f и — — Это число и переписывается н регистр 22 ° На счетчике 19 аналогично счетчику 18 импульс появляетсч н момент равенства его содержания нулю, Он поступает на выход устройства и одновременно на свой вход записи, записывая через информационные входы число N равное содержимому регистра 22. Так как содержимое счетчика 19 последовательно вычитается частотой (, то на его выходе импульсы будут появляться с частотой и — М

3 о

Подставив значения f N для частоты Е3,,получим следующее выраБЫх > жение:

3 О

3 О + +3 c O

К

Д о 4 о где С = —"

О= 3

Д

Во время действия управляющего импульса на выходе формирователя 12 воздействие на тактовый вход регистра 22 блокировано ключом 15. Поэтому содержимое регистра поддерживается таким, каким было непосредстненно перед началом управляющего импульса. Смена содержимого регист-.. ра 22 произойдет лишь по окончании первого периода, следующего за окончанием управляющего импульса.

Таким образом, в предлагаемом устройстне автоматически производится калибровка его выходной частоты при отсутствии сигнала датчика, Автоматически имитируется состояние неподвижного потока жидкости без из

1i.17449 менения в действительности его скорости. Аналогичный процесс обеспечивается нажатием кнопки устройства 23 внешнего запуска при необходимости оперативной проверки достоверности результатов измерения.

Коэффициент, связывающий скорость потока с выходной частотой, о пропорционален отношению . В о (свою очередь, k пропорционален коэффициентам передачи всех звеньев, входящих в схему расходомера, а также зависит от уровней срабатывания схем сравнения. Аналогичным образом от всех звеньев и уровней срабатывания схем сравнения зависит и частота f, . Исключение здесь составляют лишь параметры самого датчика и коэффициент усиления усилителя сигнала датчика. Стабильность параметров датчика обычно обЕспечивается в достаточно высокой степени конструктивно, а стабильность коэффициента усиления усилителя сигнала можно просто обеспечить, сделав

его повторителем посредством ввода глубокой отрицательной обратной связи ° Влияние же нестабильностей параметров всех остальных звеньев существенно ослабляется, так как и К„, и зависят от них с одинаковой закономерностью.

Наиболее подверженным изменению параметром обычно является скорость изменения тока возбуждения, так как .она задается в практических схемах

RC-цепочкой, а стабильность емкости (особенно при величинах, достигающих единиц микрофарад 1 достаточно сложна. В данном случае, так как и f, прямо пропорциональны этой ско5 рости, то зависимость от нее просто исключается.

Зависимость выходной частоты 1ц„„ от скорости потока является прямой, сдвинуто» по отношению к началу ко-

10 срдинат. При этом значение Е ц, при е0 является f = f . Все эти вео к личины обеспечиваются с очень высокой степенью точности. Вычитанием из Е ы„ значения f, можно обеспечить получение зависимости от скорости потока в виде прямой, проходящей через нуль.

Соответствующим выбором и Кд можно обеспечить нужную крутизну зависимости Е „„ от У, а, тем саиым, и такое значение частот в номинальном диапазоне расходов, которое необходимо для обеспечения заданного быстродействия цифровых отсчетов

25 расхода жидкости. Отметим, что при этом уменьшается динамическая погрешность измерения, что приводит к повышению точности измерения по сравнению с прототипом в динамичес30 ком режиме.

Достоинством предлагаемого устройства является то, что в нем можно производить калибровку нулевого сигнала в любой момент, не останав35 ливая поток и все время имея на выходе выходной сигнал.

ВНИИПИ Заказ 7183/24

Тираж 609 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4